Aportación de los sistemas de identificación automática a los entornos de fabricación Job-Shopaplicación práctica en empresas de la construcción naval

Resumen

Esta tesis tiene por objeto el desarrollo de nuevas herramientas tecnológicas, para la mejora de los procesos de producción en talleres con configuración Job Shop. Este tipo de configuración se caracteriza por tener una fabricación intermitente, que en general, tiene peores rendimientos que la fabricación continua. Sin embargo, su gran ventaja es la versatilidad, que permite la fabricación de gran variedad de artículos y en series pequeñas. Es por ello, que es elegida por muchas empresas, como por ejemplo, las de sector de la fabricación naval. Uno de los inconvenientes de la fabricación Job Shop es la dificultad para realizar la programación de la producción, ya que por el taller se mueven simultáneamente distintos productos con procesos de fabricación muy dispares, dando lugar a una gran diversidad de flujos de materiales entre los Centros de Trabajo (CT). Al llegar una Orden de Producción (OP) a un CT puede encontrarlo ocupado, produciéndose colas de espera. Por el contrario, el CT puede terminar un lote antes de que llegue el siguiente, con lo que existirán tiempos muertos. A la hora de secuenciar los trabajos en los CT, existen unas prioridades para definir su orden de ejecución, fecha de entrega comprometida con el cliente, disponibilidad de materiales o herramientas, etc, además de un secuencia de operaciones que hay que respetar y que viene dada por la ruta del producto a fabricar. Para complicar todavía más la fabricación, suele ser habitual que los planes de producción tengan que ser recalculados por distintos imprevistos: atención a pedidos urgentes, averías en las máquinas, etc. La programación de la producción se vuelve muy compleja. El objetivo final de esta tesis es incrementar la productividad de empresas con configuración de fabricación Job Shop. En este trabajo se aplicarán tecnologías que se emplean en la implementación de sistemas de identificación automática y captura de datos (AIDC) como: la identificación por radio frecuencia (Radio Frequency IDentification), las redes de comunicación inalámbricas, la comunicación de campo cercano (Near Field Comunication) y el uso de dispositivos móviles. Todo ello combinado con la utilización de software de gestión empresarial (ERP) para mejorar el rendimiento de este tipo de talleres. En concreto se planteará un sistema que, combinando la información adquirida de la situación de la planta de fabricación, con la programación de la producción definida con ayuda de ERP, permitirá: Realizar un control de activos en la planta de fabricación. Conociendo en todo momento cuál es la situación de la misma. Recalcular la secuenciación de ejecución de las Órdenes de Trabajo (OT) para cada uno de los centros de producción de la empresa (Rescheduling). De esta manera, cada vez que se produzca un evento, tanto en la planta de fabricación como en el sistema de gestión empresarial, se recalculará una nueva secuenciación de las OTs que están en espera, en cada una de las máquinas. Este método de secuenciación dinámica es una novedad, porque los sistemas empleados habitualmente, no están basados en los datos obtenidos en tiempo real de la situación de la planta. Definir un conjunto de indicadores KPI, que permitan medir de manera concreta los parámetros de mejora del taller de fabricación. En este trabajo se presentan tres métodos de implementación de AIDC y su aplicación en empresas de la comarca de Vigo, con el objetivo de comparar sus características y determinar cuál es el más adecuado para cada situación. Las empresas estudiadas, pertenecientes al sector del metal, reúnen todas las características, donde las ideas presentadas en esta tesis tienen aplicación: Bajo grado de automatización. Sistemas de captura de datos en planta deficientes. Configuración del taller en Job-Shop. Pequeñas series de producción, elevada flexibilidad. Elevado número de trabajos en curso que generan una gran cantidad de stocks intermedios y elevados tiempos de fabricación. Complejidad de los sistemas programación y control de la producción. Relacionadas con esta tesis doctoral a lo largo de estos últimos años, se han elaborado un conjunto de publicaciones que se irán describiendo en distintos apartados de este trabajo. Así mismo, el autor también ha utilizado este trabajo de investigación, para impartir distintos cursos de formación y generar nuevos materiales de prácticas empleados en las asignaturas en las que imparte docencia.The object of this thesis is the development of new technology tolos for the improvement of production in Job Shop configuration. This type of configuration’s main characteristic is the intermittent production, which has generally lower performance than continuous production. It has, nevertheless, greater versatility, allowing for the production of a larger variety of products in small batches. It is for this reason that this will be the chosen production configuration for many manufactures, for example, in the shipbuilding. One of the complications of the Job Shop production is that increase difficulty in programming the production, as the workshop will be simultaneously carrying a number of different products with diverse production processes, which also means that different materials will be flowing through the system, between the different Work Centers (WC). When a new Production Order (PO) arrives to the WC, it may find it is busy, and generates a queue. Similarly, the WC, may finish an order before the next one arrives, which generates down times. When it comes to organising the sequence of production in a WC, there are different priorities, which will define in which order they will be executed, agreed delivery date, availability of materials or tools…as well as the operations schedule, which must be adhered to and comes from the product journey. It is also normal for the production plans to have to be re-done due to unforeseen circumstances: need to deal with urgent orders, problems with the machinery, etc. making the programming of the production very complex. The objective for this thesis is to increase the productivity of companies using the Job Shop configuration. This project will apply technologies used in the implementation of systems of Automatic Identification and Data Capture (AIDC), like Radio Frequency Identification (RFID), Wireless Networks, or Near Field Communications (NFC) and the use of mobile devices. These combined with the use of Enterprise Resource Planning (ERP) will be used to improve the production. It will introduce a particular system that, uses the information acquired from the particulars of the factory combined with the production defined with the help of ERP, to enable: Control over all of the assets in the manufacturing plant. Knowing at all times what the status is. Re-calculating of the sequence of production of the Work Orders (WO) for each of the WO of the company (Rescheduling). This means that for each new event, in either the production line or the ERP, the Work Schedule will change, for all the work orders in the queue for each machine. This new method of dynamic sequencing is new as the methods used for Rescheduling are not normally based in real time data, obtained from the actual situation in the plant. Defining a set of Key Performance Indicators (KPIs), this will allow the specific measurement of the improvement parameters of the workshop. In this dissertation there are three implementations of AIDC under study, which were applied to companies in the Vigo area, with the objective of comparing its results and characteristics, in order to determine which one will be the most appropriate method for each case. The companies in this study, all within the metal industry, meet the following characteristics, which make them appropriate subjects: Low automation Low degree of data capture Configuration in the workshop was Job-Shop Small production series and high flexibility High number of job in order, high level of intermediate stock and long production times. Complex systems for programming and controlling production. A number of articles have been published in relation to this thesis, over the duration of the study. These will be described in sections of this dissertation. Furthermore, the author has used this investigative work to give a number of lectures and to develop new material for the practical study of the subjects that he teaches.