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Unidad 2. Programacin maestra

2.2.3 Sistemas cuello de botella

En este momento, deben ser evidentes una estructura estndar de PCP integrada, una componente tcnica y un concepto administrativo. Los sistemas de cuello de botella no son diferentes.

Se presenta uno de los enfoques ms conocidos, aunque existen otros. La componente tcnica de este enfoque es un programador de cuello de botella conocido como Optimized Production Technology (OPT) o tecnologa de produccin optimizada. El concepto administrativo se llama teora de la restricciones (TOC).

La filosofa detrs de OPT y TOC es una meta -de hecho, la meta es: "haz dinero en el presente lo mismo que en el futuro" (Goldratt y Cox, 1986). La fortaleza de TOC es que una meta sencilla y directa es una gua consistente y poderosa para desarrollar sus conceptos y herramientas. Todava ms, para lograr la meta, la compaa debe, al mismo tiempo, aumentar la produccin, reducir el inventario y disminuir los gastos operativos. Estos puntos estn ms all de cualquier argumento. TOC, junto con OPT, se desarrollaron para lograr esta meta.

Eliyahu Goldratt desarroll el sistema de programacin OPT en Israel, a principios de los 70. La historia es que Goldratt, un fsico israel, se involucr por primera vez con los sistemas de produccin al ayudar a un amigo que tena una planta para fabricar cubitos de pollo. En 1979, Goldratt introdujo OPT en Estados Unidos y fund Creative Output, Inc. (COI), para comercializarlo. El desarrollo de OPT y ms tarde TOC fue, casi exclusivamente, el trabajo de Goldratt.

La premisa de OPT es que los cuellos de botella en la produccin son la base para la programacin y la planeacin de la capacidad. Los recursos se clasifican como los que son cuello de botella y los que no lo son. Los recursos de cuello de botella se programan a su mxima utilizacin, y el resto se programan para servir al cuello de botella. Esto significa que en algunos casos los recursos que no son cuellos de botella pueden estar ociosos. El objetivo de mxima eficiencia para todas las mquinas ya no se satisface. OPT es en esencia un sistema de software, pero la aplicacin de algunos de sus principios no necesariamente requiere software. mediados de los 80, OPT haba madurado en una filosofa administrativa ms comprensible. En palabras del propio Goldratt (1988)

Quiz el resultado ms importante fue la formulacin de lo que yo considero una teora global para manejar una organizacin. La llamo teora de las restricciones y veo todo lo que hice antes como un derivado de esta teora.

La base de TOC es su definicin de restriccin: "cualquier cosa que limita un sistema para lograr un desempeo ms alto en el cumplimiento de su meta". TOC es una manera de manejar las restricciones del sistema. La influencia de OPT es clara; despus de todo, un cuello de botella es un tipo de restriccin en la planta, y OPT es un mtodo para manejar esta restriccin. A continuacin se hacen anlisis ms detallados de OPT y TOCLos principios del cuello de botella: OPT

Cuello de botella es un trmino que se encuentra con frecuencia. Un puente puede ser un cuello de botella para el paso de vehculos, un lnea de telfono puede ser un cuello de botella en la comunicacin, y una caja registradora en una tienda de departamentos puede ser un cuello de botella para los clientes. Un cuello de botella se asocia con una cadena de eventos. Es la componente de la cadena que permite, por una u otra razn, que ocurran menos eventos que el resto de las componentes.

El OPT distingue entre dos tipos de restricciones, cuello de botella y recurso restringido de capacidad. El cuello de botella se aplica al caso en que la capacidad de los recursos es menor o igual que la demanda del mercado, es decir, un cuello de botella es un recurso que restringe la produccin.

Un recurso de capacidad restringida es un recurso que se ha convertido en cuello de botella como resultado de la utilizacin ineficiente. Para simplificar, slo se usar el trmino cuello de botella.

OPT no es el primer mtodo que identifica y estudia los cuellos de botella. En la programacin de un proyecto se identifica la ruta crtica. Es obvio que cada actividad en la ruta crtica es una actividad cuello de botella. Ms an, cualquier retraso en una actividad crtica retrasar el tiempo de terminacin del proyecto. Por otro lado, para acortar la duracin del proyecto, debe acortarse la duracin de al menos una actividad cuello de botella. Estos conceptos se incorporan a las reglas de OPT. La siguiente tabla contiene la lista de las reglas de OPT, formuladas para lograr la utilizacin mxima del cuello de botella.

Reglas del OPT

1. Se balancea el flujo, no la capacidad.

2. Las restricciones determinan la utilizacin de lo que no es cuello de botella.

3. Utilizacin y activacin de un recurso no son sinnimos.

4. Una hora perdida en un cuello de botella es una hora perdida en todo el sistema.

5. Una hora ahorrada en donde no hay cuello de botella es un espejismo.

6. Los cuellos de botella gobiernan la produccin y el inventario en el sistema.

7. El lote transferido puede, y muchas veces debe, no ser igual al lote del proceso.

8. El lote del proceso debe ser variable, no fijo.

9. Deben establecerse programas observando todas las restricciones.

10. Los tiempos de entrega son el resultado de un programa y no pueden predeterminarse.

La influencia de los conceptos de la ruta crtica se puede ver en algunas reglas. La regla 7 es tal vez la ms revolucionaria. En MRP, todas las tcnicas de tamao de lote suponen tamaos iguales para los lotes transferidos y procesados. OPT tambin difiere de MRP en que usa tiempos de entrega predeterminados. Se profundiza en las reglas de OPT a travs, del siguiente ejemplo:

Ejemplo . Reglas de OPT. Este ejemplo estudia las reglas 2, 3, 4 Y 5 de OPT. Considere un taller de produccin intermitente que tiene un torno (R), un taladro (T) y una fresa (F) Como se observa en la figura.

Se ensamblan dos productos. El producto A se ensambla de dos componentes barrenadas y dos componentes cortadas en el torno. El producto B se ensambla de una componente fresada y dos componentes cortadas en el torno. La secuencia de produccin es

F + R AT + R B

As, R es un recurso comn. El taller tiene dos fresas, un tomo y un taladro, y opera tres turnos diarios (1440 minutos). La demanda es 500 unidades por da de A y 50 unidades por da de B. La siguiente tabla describe la carga del taller:

Tiempo de proc. unitarioUnidades req. para ensambleTiempo de procesado totalDisp.Utilizacin

ABABABTotal

Ensamble2411600200800144055.65%

Fresa4020240002400288083.33%

Tomo3321180015019501440135.42%

Taladro01002010001000144069.44%

El torno es un recurso cuello de botella y no puede cumplir la demanda diaria. El taller puede hacer 215 artculos A y 50 artculos B. La utilizacin del torno ser del 100% y la utilizacin de las otras mquinas ser menor (regla 2). Es evidente que la activacin de los recursos puede de hacerse a distintos niveles de utilizacin (regla 3). Como el torno opera ahora a toda la capacidad, el tiempo que se pierda ah disminuir la produccin del taller (regla 4). De manera similar, intentar hacer ms eficientes operaciones que no son cuellos de botella no contribuir en nada a la produccin (regla 5).

Programacin de cuellos de botella

Se sabe que el cuello de botella es importante; una mquina cuello de botella debe determinar el programa para toda la planta. Se presentar un mtodo para programacin de cuellos de botella.

Si es posible programar la mquina cuello de botella de manera efectiva, las otras mquinas se pueden ajustar a este programa. Las mquinas posteriores al cuello de botella se programan hacia adelante, por ejemplo, siguiendo las reglas de despacho. Las anteriores al cuello de botella se programan hacia atrs usando las fechas de entrega como en MRP.

Deteccin de la mquina cuello de botella

En la planta de manufactura, con frecuencia es sencillo encontrar la mquina cuello de botella; camine por la planta y montones de trabajo en proceso estarn apilados antes del cuello de botella. Otro enfoque es estimar la carga de trabajo de todas las mquinas. Una simple estimacin es sumar los tiempos de procesado de todos los trabajos en cada mquina para llegar al trabajo total realizado por la mquina. Al dividir entre el horizonte de programacin se obtiene un porcentaje. As, si la mquina 1 tiene 34 horas de trabajos para procesar en una semana de 40 horas, su carga de trabajo es (34/40) x 100= 85%. La mquina con el mayor porcentaje de carga de trabajo ser, muy probablemente, el cuello de botella.

Programacin de la mquina cuello de botella

Denote la mquina cuello de botella por b, y sea j( b ) la operacin del trabajo i hecho en b. Se sr be que el tiempo de procesado del trabajo en las mquina b es Pj(b); Sea P; = Pij(b)' Tambin se debe tomar en cuenta lo que ocurre con i antes y despus de la mquina b. Defina el tiempo de liberacin del cuello de botella para el trabajo i, r/ , como el tiempo en que el trabajo i llega a mquina b. ste es el tiempo en que se libera el trabajo i ms el tiempo que tarda en llegar "la mquina cuello de botella; esto incluye el procesado y los tiempos de espera para las operaciones anteriores en las mquinas que estn antes. Inicialmente, se supone que no hay esperas.

En la ecuacin se pueden incluir estimaciones de los tiempos de espera a partir de datos histncos o de resultados de modelos de colas. Tambin es necesario definir una fecha de entrega de

cuello de botella para el trabajo i,dt , que refleje cundo debe terminar la operacin en el cueUc de botella. Para completar el trabajo i en su fecha de entrega, debe estar terminado en el cuello de botella un tiempo antes de la fecha de entrega al menos igual a la suma de los tiempos de procesado en las operaciones posteriores.

Ahora se programa el cuello de botella como una sola mquina con tiempos de liberacin distintos de cero. ste es un problema NP-duro, por lo que se usa un heurstico de despacho (captulo 8). La regla de prioridad depende de la medida de desempeo para el taller. Carlier (1982) presenta un algoritmo de ramificacin y acotamiento rpido que puede usarse si se necesitan soluciones mejores. Sea U el conjunto de trabajo no programados y t el tiempo actual. El procedimiento es

PasoO. Sea U = {l, 2,..., n}; P; = Plj(b);i= 1,2,. .., n,y t = mn1eU 'ib.

Paso l. Sea S = {i l'ib :5.t, i eU} los trabajos disponibles. Se programa el trabajo i* en b,

donde i * tiene la mejor prioridad entre los trabajos de S.

Paso 2. Sea U +- U - {i*}.SiU = 0,sedetiene; todos los trabajos estn programados. De

otra manera, se hace t = mx{mn1eu 'ib, t+ p;.}y se va al paso 1.

Existen varias reglas de prioridad que se pueden usar en este algoritmo. Si la medida es el lapso (CnWc)' se elige el trabajo disponible al que le falta ms trabajo, que es equivalente a TPL. Para el tiempo de flujo, se elige el trabajo al que le falta menos procesado. Para minimizar la tardanza mxima (T nWc ), se elige el trabajo de cuello de botella con la fecha de entrega ms cercana. La prioridad de R&M (captulo 8) usando la fecha de entrega de cuello de botella y el tiempo de procesado que falta es una buena regla para la tardanza total.

El algoritmo produce un programa de trabajos en la mquina cuello de botella. ste se debe convertir en un programa para todo el taller.

Bibliografa

Sipper Daniel / Bulfin Robert L., PLANEACIN Y CONTROL DE LA PRODUCCIN, Primera edicin, Primera impresin, Mxico D.F., Mc. Graw Hill, Junio 1999, pp. 220 -221.

Fuente: Jacobs (1984), reimpreso con permiso del lnstitute of Industrial Engineers, 25 Technology Park/Atlanta, Norcross, GA, 30892, copyright 1984.

PAGE 5Ing. Jorge Enrique Vargas Martnez; MAD.