SOLUCION DE PROBLEMAS DEL CAP. 41: Lneas de Produccin

INGENIERIA MECANICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

ESCUELA DE INGENIERIA MECANICA

LNEAS DE PRODUCCIN

PREGUNTAS DE REPASO

41.1. Qu es una lnea de produccin?

La lnea de produccin consiste en una serie de estaciones de trabajo ordenadas para que el producto pase de una estacin a la siguiente y en cada ubicacin se realice una parte del trabajo total.

41.2. Cul es la diferencia entre una lnea de produccin de modelo por lotes y una lnea de produccin de modelo mixto?

Las dos modelos de lneas de produccin se usan para hacer 2 o ms tipos de modelos del producto en la misma lnea.

La diferencia radica en que una lnea de produccin por lotes en cada estacin se configura para producir la cantidad deseada del primer modelo, luego reconfiguran para el siguiente modelo y as sucesivamente; mientras que una lnea de produccin mixta en una estacin se trabaja un modelo, en otra estacin se trabaja otro modelo diferente.

41.3. Cules son las ventajas del modelo mixto sobre el modelo por lotes para producir diferentes estilos de productos?

i. Se minimizan los tiempos muertos entre modelos; ya que cada estacin tiene las herramientas necesarias para producir cualquier tipo de modelo.

ii. Se evitan altos inventarios de algunos modelos cuando hay escasez de otros.

iii. Las velocidades de produccin y las cantidades de los modelos aumentan y descienden de acuerdo con los cambios de la demanda.

41.4. Cules son algunas de las limitaciones en una lnea de modelo mixto, comparada con un lnea de modelo por lotes?

i. La programacin: El configurar las tareas a las estaciones para que todas compartan una misma carga de trabajo es ms complejo.

ii. La logstica (llevar piezas correctas a cada estacin de trabajo para el modelo que est en esa estacin) son ms difciles en este tipo de lnea.

41.5. Describa cmo se usan los mtodos manuales para mover piezas entre las estaciones de trabajo en una lnea de produccin.

i. El producto de cada estacin se recopila en una caja o una charola de carga, cuando la caja est llena se mueve a la siguiente estacin.

ii. las unidades de trabajo se mueven en forma individual a lo largo de una tabla plana o un transportador sin energa (por ejemplo, un transportador de rodillos). Cuando se termina una tarea en cada estacin, el trabajador simplemente empuja la unidad a la siguiente estacin.

41.6. Defina brevemente los tres tipos de sistemas mecanizados de transferencias de piezas de trabajo que se usan en las lneas de produccin.

Los sistemas de transferencia continua consisten en un transportador que se mueve

Continuamente y opera a una velocidad constante .

i. Las piezas se fijan al transportador: generalmente el producto es grande y pesado (por ejemplo, automviles y lavadoras), y no puede removerse de la lnea.

ii. pueden retirarse del transportador: el producto es lo suficientemente pequeo para removerse del transportador y facilitar el trabajo en cada estacin.

Los sistemas de transferencia sincrnica las unidades de trabajo se mueven simultneamente entre las estaciones con un movimiento rpido y discontinuo.

La transferencia asincrnica permite que cada unidad de trabajo salga de la estacin actual cuando se termina el procesamiento. Cada unidad se mueve en forma independiente y no en forma sincrnica.

41.7. Por qu algunas veces se fijan al portador las piezas en un sistema de transferencia continua en el ensamble manual?

Porque permite una mayor flexibilidad a cada trabajador para enfrentar los problemas tcnicos que pueda encontrar en una unidad de trabajo particular.

41.8. Por qu debe establecerse una lnea de produccin a una velocidad ms alta que la requerida para cubrir la demanda del producto?

Porque tal vez la lnea no est disponible para todo el tiempo dado, debido a que los problemas de confiabilidad provocan tiempo perdido; estos problemas incluyen fallas mecnicas y elctricas, desgaste de las herramientas y desajustes del funcionamiento; por tanto se introduce un concepto de eficiencia de la lnea, y por tanto esta eficiencia al ser menor que la unidad la velocidad de de lnea de produccin real va tener que ser mayor que la terica (requerida).

41.9. Por qu no es posible determinar el nmero de trabajadores simplemente a partir de la razn Twc/Tc?

Existen 2 razones prcticas por la que no pueden calcularse por esta frmula:

I. Balance imperfecto: es muy difcil dividir el tiempo de contenido del trabajo en forma equitativa entre todos los trabajadores.se asignar a algunos trabajadores una cantidad de trabajo que requiere menos tiempo Tc, y esto incrementara el nmero total de trabajadores requeridos.

II. Prdida de tiempo de reubicacin : se perder algn tiempo en cada estacin debido a la reubicacin del trabajo o el trabajador , por lo tanto , la cantidad de tiempo disponible en cada estacin ser en realidad menor que Tc y eso tambin incrementara el nmero de trabajadores en la lnea.

41.10. Por qu el problema del balanceo en una lnea de transferencia automatizada no es tan difcil como en una lnea de ensamble manual?

No es tan difcil debido a que las tareas asignadas a las estaciones automatizadas por lo general son ms sencillas y a que la lnea con frecuencia contiene menos estaciones.

41.11. El tiempo de reubicacin en una lnea de transferencia sincrnica se conoce por un nombre diferente, cul es ese nombre?

Tiempo de transferencia.

41.12. Por qu generalmente no son convenientes las celdas de ensamble de estacin nica para trabajos de alta produccin?

Porque un solo robot industrial no puede trabajar tan rpido como una serie de estaciones automticas especializadas.

41.13. Cules son algunas de las razones que provocan el tiempo muerto en una lnea de transferencia de maquinado?

En general se asocia con fallas en las estaciones individuales, en estas se encuentran los cambios de herramientas programados y no programados, las averas mecnicas y elctricas, las fallas hidrulicas y el desgaste normal del equipo.

CUESTIONARIO DE OPCION MULTIPLE

41.3. Mediante cul de las siguientes opciones se describen mejor las restricciones de precedencia?: a) secuencia de lanzamiento en una lnea de modelo mixto, b) valor lmite en la suma de tiempos de elemento que puede asignarse a un trabajador o estacin, c) orden de las estaciones de trabajo a lo largo de la lnea o d) secuencia en la cual deben hacerse los elementos de trabajo.

RESPUESTA:

d) secuencia en la cual deben hacerse los elementos de trabajo.

41.4. Cul de las siguientes frases es ms apropiada para describir las caractersticas de las tareas que se realizan en las estaciones de trabajo automatizadas? (tres mejores respuestas): a) complejas, b) consisten en elementos de trabajo mltiples, c) implican un elemento de trabajo nico, d) implican movimientos en lnea recta, e) requiere capacidad sensorial y f) simple.

RESPUESTA:

b) consisten en elementos de trabajo mltiples.

d) implican movimientos en lnea recta.

f) requiere capacidad sensorial.

PROBLEMAS:

LINEAS DE ENSAMBLE MANUAL

41.1. Se pretende disear una lnea de ensamble manual para un producto con una demanda anual de 100 000 unidades. La lnea funcionar 50 semanas/ao, 5 turnos/semana y 7.5 hora/ turno. Las unidades de trabajo se conectarn a un transportador de movimiento continuo. El tiempo de contenido de trabajo es de 42.0 min. Suponga una eficiencia de lnea de 0.97, una eficiencia de balanceo de 0.92 y un tiempo de reubicacin de 6 s. Determine a) la velocidad de produccin por hora para cumplir la demanda, b) el nmero de trabajadores requeridos y c) el nmero de estaciones de trabajo requeridas, si el nivel de dotacin es de 1.4.

DATOS

SOLUCION

a) hallamos la velocidad de produccin

Luego reemplazamos los datos:

b) Hallamos el nmero de trabajadores requeridos (w):

Sabemos que:

Pero:

Luego reemplazamos datos:

c) Hallamos el nmero de estaciones de trabajo requerido:

41.2. Una lnea de ensamble manual produce un pequeo aparato elctrico cuyo tiempo de contenido de trabajo es de 25.9 min. La velocidad de produccin deseada es de 50 unidades/ hora. El tiempo de reubicacin es de 6 s, la eficiencia de lnea de 95%, y la eficiencia de balanceo es 93%. Cuntos trabajadores hay en la lnea?

DATOS

SOLUCION

a)

41.3. Una lnea de ensamble manual de modelo nico produce un artculo cuyo tiempo de contenido de trabajo es de 47.8 min. La lnea tiene 24 estaciones de trabajo con un nivel de dotacin de 1.25. El tiempo por turno disponible al da es de 8 horas, pero el tiempo muerto durante el cambio reduce el tiempo de produccin real a 7.6 horas en promedio. Esto da por resultado una produccin diaria promedio de 256 unidades/da. El tiempo de reubicacin por trabajador es de 8% del tiempo de ciclo. Determine a) la eficiencia de lnea, b) la eficiencia de balanceo y c) el tiempo de reubicacin.

DATOS

SOLUCION

a) Hallamos la eficiencia de lnea (E):

b) la eficiencia de balanceo

Tenemos que:

Finalmente:

c) el tiempo de reubicacin

41.4. Una planta de ensamble final para cierto modelo de automvil va a tener una capacidad de 240 000 unidades al ao. La planta operar 50 semanas/ao, 2 turnos/da, 5 das/semana y 8.0 horas/turno. Se dividir en tres departamentos: 1) seccin de carrocera, 2) seccin de pintura y 3) departamento de acondicionamiento final del chasis. La seccin de carrocera suelda los chasises usando robots y la seccin de pintura recubre las carroceras. Estos dos departamentos estn altamente automatizados. El de acondicionamiento de chasis no est automatizado. En este departamento hay 15.5 horas de contenido de mano de obra directa en cada automvil, donde los vehculos se mueven mediante un transportador continuo. Determine a) la velocidad de produccin por hora de la planta, y b) el nmero de trabajadores y estaciones de trabajo requeridos en el acabado final de chasis si no se usan estaciones automatizadas. El nivel de dotacin de mano de obra promedio es de 2.5, la eficiencia del balanceo es de 93%, la proporcin de tiempo de funcionamiento de 95% y se permite un tiempo de reubicacin de 0.15 min para cada trabajador.

DATOS

SOLUCIN

a) La velocidad de produccin de la planta

b) nmero de trabajadores

41.5. Se va a ensamblar un producto cuyo tiempo total de contenido de trabajo es de 50 min en un lnea de produccin manual. La velocidad de produccin requerida es de 30 unidades/hora. De experiencias anteriores con productos similares, se estima que el nivel de dotacin de personal se acercar a 1.5. Suponga que la proporcin de tiempo en funcionamiento y la eficiencia del balanceo de la lnea son ambas de 1.0. Si se perdieran 9 s del tiempo de ciclo para reubicacin, determine a) el tiempo de ciclo, b) cuntos trabajadores y c) estaciones se necesitarn en la lnea?

DATOS

SOLUCIN

a) calculamos el tiempo del ciclo

b) nmero de trabajadores

41.6. Una lnea de ensamble manual tiene 17 estaciones de trabajo con un operador por estacin. El tiempo de contenido de trabajo para ensamblar el producto es de 22.2 min. La velocidad de produccin de la lnea es de 36 unidades/hora. Se usa un sistema de transferencia sincrnica para avanzar los productos de una estacin a la siguiente y el tiempo de transferencia es de 6 s. Los trabajadores permanecen sentados a lo largo de la lnea. La proporcin de tiempo en funcionamiento es de 0.90. Determine la eficiencia del balanceo.

DATOS

SOLUCIN

41.7. Una lnea de produccin con cuatro estaciones de trabajo automatizadas (las otras son manuales) produce cierto artculo cuyo tiempo de contenido de trabajo del ensamble total es de 55.0 min de mano de obra manual directa. La velocidad de produccin requerida es de 45 unidades por hora. Debido a las estaciones automatizadas, la lnea tiene una eficiencia de tiempo de funcionamiento de 89%. Cada una de las estaciones manuales tiene un trabajador. Se sabe que se pierde el 10% del tiempo de ciclo debido a la reubicacin. Si la eficiencia de balanceo es de 0.92 en las estaciones manuales, encuentre a) el tiempo de ciclo, b) el nmero de trabajadores y c) las estaciones de trabajo en la lnea; d) Cul es el nivel de dotacin de personal promedio en la lnea, donde el promedio incluye las estaciones automticas?

Solucin:

Datos:

a)

b)

c)

Nmero de Trabajadores por estacin:

Estaciones de trabajo manual = 56

Estaciones de trabajo automatizadas = 4

Por lo tanto:

d)

Nivel de Dotacin:

41.8. La velocidad de produccin para cierto producto ensamblado es de 47.5 unidades/hora. El tiempo total de contenido de trabajo de ensamble es de 32 min de mano de obra manual directa. La lnea opera al 95% de tiempo de funcionamiento. Diez estaciones de trabajo tienen dos trabajadores en lados opuestos de la lnea, de modo que se trabajan ambos lados del producto en forma simultnea. Las estaciones restantes tienen un trabajador. El tiempo de reubicacin que pierde cada trabajador es de 0.2 min/ciclo. Se sabe que el nmero de trabajadores en la lnea es dos ms que el nmero requerido para un balanceo perfecto. Determine a) el nmero de trabajadores, b) el nmero de estaciones de trabajo, c) la eficiencia del balanceo y d) el nivel de asignacin de personal promedio.

Solucin:

Datos:

Calculamos el tiempo de ciclo y el tiempo de servicio.

a)

Nmero de Trabajadores para un balance perfecto (Eb=1):

Entonces el nmero de Trabajadores es:

b)

El nmero de estaciones:

20 trabajadores = 10 estaciones

14 trabajadores = 14 estaciones

c)

La eficiencia de Balanceo:

d)

Nivel de Dotacin:

41.9. El contenido de trabajo total para un producto ensamblado en una lnea de produccin manual es de 48 min. El movimiento del trabajo se consigue usando un transportador continuo que opera a una velocidad de 3 ft/min. Hay 24 estaciones de trabajo en la lnea, un tercio de las cuales tienen dos trabajadores; cada una de las estaciones restantes tiene un trabajador. El tiempo de reubicacin por trabajador es de 9 s y la eficiencia de tiempo en funcionamiento de la lnea es de 95%. a) Cul es la mxima velocidad de produccin por hora posible si se supone que la lnea est perfectamente equilibrada? b) Si la velocidad de produccin real es de slo 92% de la velocidad mxima posible determinada en el inciso a), cul es la eficiencia del balanceo de la lnea?

Solucin:

Datos:

Asumiendo para un , calculamos la velocidad de produccin:

Nmero de Trabajadores:

8 estaciones = 16 trabajadores

16 estaciones = 16 trabajadores

El tiempo de servicio:

El tiempo de ciclo:

El tiempo de produccin:

a)

Por tanto la velocidad de produccin ser:

b)

LINEAS DE PRODUCCION AUTOMATIZADAS

41.10. Una lnea de transferencia automatizada tiene 20 estaciones y opera con un tiempo de ciclo ideal de 1.50 min. La probabilidad de falla por estacin es de 0.008 y el tiempo muerto promedio cuando ocurre un desperfecto es de 10.0 min. Determine a) la velocidad de produccin promedio y b) la eficiencia de lnea.

Solucin:

Datos:

a)

b)

41.11. Una mesa de cartula indizadora tiene seis estaciones. Se usa una estacin para cargar y descargar, lo cual es realizado por un trabajador. Las otras cinco ejecutan operaciones de procesamiento. El proceso ms largo requiere 25 s y el tiempo de indizacin es de 5 s. Cada estacin tiene una frecuencia de falla de 0.015. Cuando ocurre una falla, se requiere un promedio de 3.0 min para hacer reparaciones y reiniciar. Determine a) la velocidad de produccin por hora y b) la eficiencia de la lnea.

Solucin:

Como slo 5 estaciones ejecutan estaciones de procesamiento de las 6 (adems se asume que la primera estacin que lo realiza un trabajador tiene 0 frecuencia de falla)

a)

b)

41.12. Se ha observado una lnea de transferencia de siete estaciones durante un periodo de 40 horas. Los tiempos de procesamiento en cada estacin son los siguientes: Estacin 1, 0.80 min; estacin 2, 1.10 min; estacin 3, 1.15 min; estacin 4, 0.95 min; estacin 5, 1.06 min; estacin 6, 0.92 min y estacin 7, 0.80 min. El tiempo de transferencia entre estaciones es de 6 s. El nmero de ocurrencias de detenciones es de 110, y las horas de tiempo muerto de 14.5. Determine a) el nmero de piezas producidas durante la semana, b) la velocidad de produccin real promedio en piezas/hora y c) la eficiencia de lnea; d) Si se calculara la eficiencia del balanceo para esta lnea, cul sera su valor?

Solucin:

Tiempos de procesamientos:

Estacin 1

Estacin 2

Estacin 3

Estacin 4

Estacin 5

Estacin 6

Estacin 7

0.80 min

1.10 min

1.15 min

0.95 min

1.06 min

0.92 min

0.80 min

a)

En una semana las horas de operacin es: 40-14.5=25.5 horas, es decir ese es el tiempo til para producir los productos sin que haya los tiempos muertos.

b)

c)

d)

41.13. Una lnea de transferencia de 12 estaciones se dise para operar con una velocidad de produccin ideal de 50 piezas/ hora. Sin embargo, la lnea no consigue esta velocidad, puesto que la eficiencia de lnea es de 0.60. Operar la lnea cuesta 75 dlares/hora, exclusivamente por materiales. La lnea opera 4 000 h/ao. Se ha propuesto un sistema de monitoreo por computadora que costar 25 000 dlares (instalado), y reducir el tiempo muerto en la lnea en un 25%. Si el valor agregado por unidad producida es de 4.00 dlares, se pagar el sistema de computadora en el primer ao de operacin? Use el incremento esperado en los ingresos producidos por el sistema de computadoras como el criterio. En sus clculos, no tome en cuenta los costos de materiales.

Solucin:

Datos:

Clculos sin la imposicin del sistema computarizado:

Produccin anual: 4000()=4000(30)=120000

Ganancia anual: 4(120000)=480000

Costo anual de operacin= 4000(75)=300000

Clculos con la imposicin del sistema computarizado:

Con el sistema de computadora:

Produccin anual: 4000()=4000(33.333)=133332

Ganancia anual: 4(133332)=533328

Costo anual de operacin= 4000(75)=300000

Clculo de rentabilidad:

Es decir se podr recuperar la inversin de la implantacin de un sistema computarizado, por ser el costo implementacin menor a la ganancia por diferencia de ingreso.

41.14. Se va a disear una lnea de transferencia automatizada. Con base en experiencias anteriores, el tiempo muerto promedio por ocurrencia es de 5.0 min y la probabilidad de una falla en estacin que produzca la ocurrencia de tiempo muerto p es de 0.01. El tiempo total de contenido de trabajo es de 9.8 min y se va a dividir entre las estaciones de trabajo, por lo que el tiempo de ciclo ideal para cada estacin es de 9.8/n. Determine a) el nmero ptimo n de estaciones en la lnea que maximice la velocidad de produccin y b) la velocidad de produccin y la proporcin de tiempo en funcionamiento para su respuesta al inciso a).

Solucin:

Datos:

a)

Si queremos el valor ptimo de n, nos apoyamos de la derivada de :

De donde obtenemos:

b)