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Espacios. Vol. 37 (Nº 31) Año 2016. Pág. 30

Diseño, implementación y análisis de una metodología para aplicar TOC a empresas metalmecánicas con restricciones físicas internas – caso de aplicación: Colombia

Design, implementation and analysis of a methodology for applying TOC to companies with internal physical restrictions metalworking - case application: Colombia

Laura Andrea CORTABARRÍA Castañeda 1; Sindy Johana MARTÍNEZ Marín 2; Oscar Hernán MENDOZA Quijano 3

Recibido: 08/06/16 • Aprobado:08/07/2016

Contenido

1. Introducción

2. Teoría de restricciones (TOC)

3. Materiales y métodos

4. Desarrollo del trabajo

5. Resultados

6. Conclusiones

Referencias bibliográficas

1. Introducción

La industria metalmecánica surge en la época de la revolución industrial con la difusión del acero como un nuevo material, que con el desarrollo tecnológico, aceleró el crecimiento de las industrias en todo el mundo (Manyika et al., 2013; PROPAIS, 2013). La dinámica del mercado industrial y sectorial del acero se relaciona a una demanda inelástica, siendo considerado como un producto commodities (Parkin, 2006) que impacta directamente el sistema productivo y económico de toda nación (Aguirre et al., 2007; PROCOLOMBIA, 2013). Los commodities son materias primas que se utilizan para desarrollar otras industrias y sus precios son referentes dentro del sistema macroeconómico (Collantes, 2013), con poca variabilidad ante alteraciones en la demanda (Parkin, 2006).

Actualmente, el mercado del acero se encuentra en un estado de transición debido a fenómenos macroeconómicos representativos del crecimiento industrial, como el aumento exponencial de la producción de Japón (Collantes, 2013) y la diseminación del mercado, la cual, es representada a través de la concentración del 17% de la producción mundial en cinco principales oferentes, a saber: Arcelor Mittlal, HabeiGroup, BaosteelGroup, POSCO y Wuhan Group (Manyika et al., 2013). Este comportamiento se relaciona a diferentes factores como el aumento de la capacidad productiva de China, el surgimiento y expansión mundial de proveedores y la penetración de países de economía emergente como oferentes (Brasil, Corea del Sur y Taiwán, entre otros) exportadores de alto impacto que favorecen el comercio internacional (Whitney,2004; Gazabón & Amar, 2014).

A nivel latinoamericano, el proceso de consolidación de esta industria se ha desarrollado principalmente entre 1990 y 2009, con el Grupo Techint (5.800 millones USD en adquisiciones, 34% sobre el total) como oferente primario. Los principales productores a nivel mundial (salvo ArcelorMittal) realizaron compras centradas en mercados únicos, con mayor representación en México (51%) y Brasil (30%) (Gazabón & Amar, 2014).

En Colombia, la representación de los principales oferentes es de 4% (PROPAIS, 2013) y el sector representa en términos económicos el 11.6% de la producción manufacturera total. En términos de demanda local, aproximadamente el 35.3% es demanda insatisfecha debido a incapacidad productiva (PROPAIS, 2013; Vivas & Sierra, 2012). De acuerdo a lo anterior, el gobierno nacional ha guiado desde el año 2008 la Política de Transformación Productiva, la cual busca identificar oportunidades de desarrollo económico a través de la innovación, con el desarrollo de estrategias sectoriales que promuevan las exportaciones y la inversión extranjera, fomenten la creación de empresas de valor y fortalezcan la estructura de las empresas existentes, favoreciendo el desarrollo de la innovación, productividad y competitividad como pilares de crecimiento económico nacional ( PROCOLOMBIA, 2013).

Específicamente para el sector metalmecánico, la estrategia se centra en la consolidación de la cadena productiva, proyectando que para el año 2019, sea el sector de mayor aporte al PIB industrial y se duplique el consumo per cápita de acero en el mercado doméstico(PROPAÍS, 2013).

En este sentido, el presente trabajo se enmarca en una investigación colaborativa entre actores universidad-empresa para analizar el sistema productivo de una empresa del sector y detectar cuellos de botella en una estación de trabajo. Para esta implementación se caracterizan los procesos productivos de tres referencias de producto, partiendo del Estudio del Trabajo establecido por el manual de la Organización Internacional del Trabajo (OIT), y se aplica la metodología de Teoría de Restricciones (TOC, por su sigla en inglés) desarrollada por Goldratt (1984), combinada con la técnica Drum, Buffer, Rope (DBR) (Atwater & Chakravorty, 2002), en el análisis de sus tres indicadores básicos: Throughput (utilidad), Inventario y Gastos de Operación (dinero empleado en convertir el inventario en utilidad) (Izmailov, 2014), en procesos de mejora continua (Zeynep et al., 2014; Dettmer,1997; Goldratt, 1990).

Para cada referencia de producto, se analizó el proceso productivo y aplicó cada uno de los pasos sugeridos en TOC. Dentro de estos, en la fase de identificación de restricciones, se propuso una metodología compuesta por cinco etapas que facilitó este proceso, basada en el análisis de sistemas complejos para recopilar información. Posteriormente se identificó restricciones de capacidad productiva en dos de éstas referencias y se analizó cada unidad funcional y sus micro-actividades. Como resultado de esta intervención, dos unidades funcionales se estudiaron por restricciones, y con la implementación de TOC y DBR, se redujo el tiempo de ciclo y aumentó el número de ciclos productivo por turno. Además, se reasignó recurso disponible que eliminó cuellos de botellas y mejoró el resultado de los indicadores bajo estudio.

2. Teoría de restricciones (TOC).

La Teoría de Restricciones (TOC), es una metodología de las ciencias de la administración que nace inicialmente como una filosofía creada por el físico israelí Eliyahu Goldratt en la década de los años setenta, recibió gran atención en el medio productivo en 1984, año en el que Goldratt publica el famoso libro “la meta” (Davies et al., 2005; Verma, 1997), en el cual expone la mejor forma de administrar una compañía, sobreviviendo a las múltiples restricciones y variables de los sistemas productivos que impiden el cumplimiento del objetivo estratégico: ganar dinero (Goldratt, 1990).

El objetivo de esta aplicación es la identificación de los cuellos de botella y las restricciones que lo ocasionan, siguiendo un proceso de mejora continua en su implementación (Zeynep et al., 2014; Rand, 2000; Verma, 1997). Inicialmente TOC fue aplicada en sistemas manufactureros pero con su evolución a través del tiempo y el éxito en su implementación en diversos casos, fue ampliando su campo de aplicación a otras áreas como mercadeo, ventas y gerencia de proyectos (Gupta & Boyd, 2008; Watson et al., 2007; Rand, 2000); y a otros sistemas como el sector servicios con fin de optimizar recursos (Jones & Dugdale, 1998).

Actualmente se ha desarrollado el enfoque gerencial de la teoría de restricciones, convirtiéndose en una política liderada desde la gerencia y con visión sistémica de la organización, en la cual se consideran variables dinámicas, relaciones, iteraciones y realimentación entre ellas (Zeynep et al., 2014).

La identificación del cuello de botella se realiza considerando si el sistema puede cumplir con la demanda asignada por el mercado, comparándola con la capacidad del sistema (Plenert, 1993). Los cuellos de botella pueden ser personas,  equipos, piezas de una máquina o la ausencia del mismo o una política interna. Básicamente, se identifican 2 tipos de restricción (Rand, 2000):

1. Las restricciones físicas se refieren al mercado, al sistema de manufactura y la disponibilidad de materias primas y capacidad de equipos. En cuanto a esto, se debe hacer notar que la restricción del sistema puede ser interna o externa. De hecho la experiencia revela que, una vez que el flujo de trabajo se ha corregido, el mercado se convierte en la restricción.
2. Las restricciones de política que normalmente se encuentran atrás de las físicas. Por ejemplo; Reglas, procedimientos, sistemas de evaluación, logísticos, administrativos y conceptos.

Gracias a la flexibilidad de aplicación a diversos tipos de sistemas, la metodología TOC no es considerada una metodología independiente, sino una metodología complementaria que puede combinarse con otros métodos (Davies et al., 2005), ya sea de rigor matemático fuerte o suave, permitiendo el diseño de nuevas aproximaciones metodológicas para la solución de problemas en las organizaciones sistémicas en general (Blackstone, 2001; DugDale & Jones, 1998).

En el proceso de aplicación de la metodología TOC se definen en total seis variables, de las cuales tres son operacionales y tres son financieras. Las variables operacionales a considerar son: Throughput (Utilidad), inventarios y gastos de operación (Zeynep et al., 2014; Goldratt, 1990), mientras que las variables financieras se relacionan con ingreso neto (antes de impuestos), retorno sobre la inversión que expresa la relación porcentual existente entre el beneficio neto y el capital invertido en un periodo de tiempo, finalmente el flujo de caja definida como la capacidad de una empresa de hacer dinero a largo plazo (Rahman, 1998).

Para evaluar la metodología TOC, estas variables se resumen en el manejo de tres indicadores básicos, a saber:

1. Ingreso neto(A maximizar) (Plenert, 1993): Tasa de generación del dinero a través de las ventas, es el dinero que entra al sistema proveniente de las ventas, menos el dinero pagado por las entradas al sistema productivo (Materia Prima) en el mismo periodo de tiempo. Equivale al valor de la venta, no de producción, esta variable es la única que influye directamente sobre el aumento del ingreso antes de impuestos y del retorno de la inversión.
2. Inventarios (A minimizar): El inventario es toda materia prima en que la empresa ha invertido, que por distintas razones, no es convertida en ventas, pero que podría ser comercializada, dependiendo de las fluctuaciones de la demanda en el sistema
3. Gastos Operacionales (A minimizar): Todo el dinero que se gasta en convertir el inventario en ingreso neto.

La importancia de la TOC en el mundo académico e investigativo ha aumentado considerablemente en los últimos años. En este periodo considerado como “La Sexta Era” por Watson et al., (2006), se evidencia el aumento de investigaciones y publicaciones relacionadas al área (Zeynep et al., 2014), presentando casos de éxitos a nivel mundial de la implementación de esta metodología y combinaciones con otros métodos y metodologías de la administración de operaciones. Además, se ha creado la organización de certificación internacional en teoría de restricciones (TOCICO por su sigla en inglés) que estandariza el proceso de implementación y recopila estudios de aplicación exitosa de la TOC endiversos campos.

Siguiendo la obra “La Meta” de Goldratt, los pasos básicos para la implementación de esta metodología son:

Paso 1. Análisis e Identificación de las restricciones: Los pasos para ejecutar  el análisis del sistema e identificar los elementos restrictivos del proceso y su impacto en la productividad inician calculando la capacidad disponible de cada recurso y la capacidad utilizada en tiempo por producto, con estos datos se determina la restricción crítica del proceso (Simatupang et al., 2004; Plenert, 1993), existen dos tipos de recursos:

1. Cuellos de botella: Un recurso cuya capacidad es igual o inferior a la demanda ejercida sobre él.
2. No cuellos de botella: Un recurso cuya capacidad es superior a la demanda ejercida sobre él.

Para hallar un recurso cuello de botella la literatura sugiere la siguiente estructura:

1. Calcular la demanda de cada producto.
2. Descubrir cuanto tiempo dura cada recurso en satisfacer la demanda del mercado.
3. Comparar la capacidad del recurso (en unidades por tiempo) con relación a la demanda del mercado, si su capacidad es igual o inferior a la demanda ejercida sobre él, es un recurso cuello de botella.

Paso 2. Explotación: Luego de ser identificada en este paso se intenta mejorar su capacidad sin involucrar agentes externos en el proceso, analizando el método y los procedimientos asociados, garantizando su operatividad en la mayor cantidad de tiempo posible. Para esto se usa el estudio de métodos, se verifican los elementos que pueden ser modificados para cumplir el objetivo de la fase (Kanawaty, 1996). Para maximizar el tiempo operativo de la restricción, se utiliza la metodología DBR, donde cada componente tiene una función dentro del sistema (Verma, 1997). La primera fase, llamada tambor (Drum), determinar las directrices que determinan el ritmo de trabajo que debe ser marcado partiendo de las restricciones (Ronen & Starr, 1990).

Paso 3. Subordinación del sistema: El sistemas se someterá a trabajar justo al nivel máximo de la restricción, es decir la limitante del proceso determinará el ritmo del mismo. Esta estrategia se utiliza para evitar maximizar otros focos de atención cuando se carece de la capacidad de producción debido al cuello de botella; de lo contrario, sólo se generará costos adicionales y materia prima retenida en las estaciones de trabajo.

Paso 4. Elevación: Este paso se lleva a cabo luego de explotar la restricción. Consiste en eliminar el ruido del sistema y las condiciones externas que propicien su aparición a través de mejoras que requieran inversiones o restructuraciones en el orgánico de la organización, también se pueden ultrapasar recursos que no estén siendo aprovechados o no son necesarios en otros procesos y encaminarlos hacia la restricción, modificar los sistemas de información, alterar las estructuras organizacionales o la cultura de la empresa si es caso.

Paso 5. Análisis de Resultados: Basado en el proceso de mejora continua. Al terminar el ciclo, se encontrarán nuevas restricciones sobre las que debe trabajarse.

3. Materiales y métodos

Este estudio es de tipo experimental y descriptivo. Los principios de TOC se aplicaron en el diseño de la metodología, considerando los siguientes indicadores y su regla de decisión [14]:

1. Ingreso Neto (Demanda atendida): Maximización
2. Inventario: Minimización.
3. Gastos operativos: Minimización.

Adicional a la metodología TOC, se utilizaron dos metodologías complementarias: Estudio del Trabajo en la identificación de restricciones y Drum, Buffer, Rope (DBR, por su sigla en inglés) en los pasos siguientes. Los resultados se presentan por medio de gráficas y tablas que comparan el estado de indicadores antes y después de la implementación de TOC.

Los materiales usados en este trabajo se relacionan con herramientas de recolección de datos y muestreo directo, y gestores bibliográficos para la fundamentación teórica.

4. Desarrollo del trabajo.

Paso 1. Identificación de la restricción:

Este paso es considerado el más importante porque su resultado es el diagnóstico general del sistema. Se utilizó como metodología complementaria el Estudio del Trabajo y se proponen 5 etapas en el desarrollo de la metodología propuesta, la cual se expone en la Tabla 1 a modo de resumen sistémico:

Tabla 1. Metodología de Trabajo - Resumen Sistémico

Paso 2. Explotar la restricción:

En este paso se realiza un análisis de los elementos caracterizados en la etapa inicial y se detectan mejoras a nivel operacional que aumentan la disponibilidad máxima del proceso sin invertir dinero. Para el trabajo en mención, se hace uso de la metodología complementaria DBR, detectando factores del sistema que pueden moldearse según las condiciones de materiales, planta y equipo para el aumento de la productividad y la operatividad de la restricción.

Puntualmente, en esta parte se desarrollará el parámetro Drump (tambor, ritmo), determinando el  programa  y ritmo de trabajo marcado por las limitaciones que debe seguir la restricción. Por tanto, el sistema se someterá a trabajar justo al nivel de la restricción, es decir, la limitante del proceso determinará el ritmo del mismo.

Paso 3. Subordinar la restricción:

En este paso el sistema se somete a trabajar justo al nivel máximo de la restricción, disminuyendo el esfuerzo por fatiga del material, planta y equipo de trabajo. Para limitar las perturbaciones de los eventos aleatorios que puedan afectar a las etapas anteriores y posteriores a la restricción, se colocan amortiguadores (Buffer, colchón) que cubren estas fluctuaciones, garantizando que durante cierto tiempo, la limitación funcionará plenamente. Por tanto, el buffer se entiende como un inventario disponible antes de la producción y se calcula siempre en términos de tiempo.

Paso 4. Elevación de la restricción:

Elevar la restricción requiere procesos externos al sistema, como por ejemplo, intercambiar recursos con otras áreas, realizar un balance de trabajo con otras estaciones, modificar los sistemas de información o los procedimientos de mayor escala, realizar inversiones o restructuraciones, entre otros.

La cuerda (Rope) representa el programa de liberación de materiales o de inicio de operaciones, la implementación de mejoras de tipo táctico, adquisición de equipos, restructuraciones a mediano plazo y medianas inversiones que representan la elevación de la restricción. Estas mejoras garantizan que cada proceso libere los materiales lo más rápido posible para llegar a la producción.

Finalmente, también considera la importancia de la ergonomía para proporcionar a los operadores condiciones que mejoran su calidad de vida en el contexto laboral, disminuyendo los esfuerzos por fatiga y modificando políticas de cultura corporativa de cada compañía.

Paso 5: Volver al paso 1.

En esta fase se comparan los indicadores de TOC: Ingreso Neto, Inventario y Gastos Operacionales, antes y después de la implementación de la metodología, evaluando las mejoras en el proceso y permitiendo identificar nuevas restricciones. Esta fase es el punto de partida para la implementación cíclica de esta metodología, partiendo de la filosofía de mejora continua.

5. Resultados

A continuación se presentan los resultados de la implementación de la metodología descrita anteriormente, siguiendo cada una de las pasos y etapas descritos en la sección anterior.

Paso 1. Identificación de la restricción a través del estudio del trabajo

Etapa 1: Revisión y observación del proceso.

La estación de trabajo objeto de estudio corresponde a una máquina de corte y aplanado de láminas de acero al carbón; esta estación elabora los productos de mayor rotación en la compañía. El tiempo disponible mensual es de 720 horas, que se ven reducidos por 48 horas relacionadas a paradas no operativas, 48 horas adicionales (promedio) debido a feriados y días especiales, y 144 horas no programables por políticas internas de la compañía. En total, se dispone finalmente de 480 horas operables al mes.

La estación de trabajo se ilustra en la Figura 1. Esta se compone de un sistema de alimentación de materia prima (puente grúa con su operador, el cual es compartido con otras 4 máquinas), un cono acondicionador para bobinas de hasta 20 toneladas, un sistema aplanador de láminas unido a una cizalla horizontal que realiza cortes transversales, y finalmente, un sistema manual de empaque. En la unidad de empaque se estable capacidad limitada para tener máximo 15 toneladas de producto final en espera, sin que el peso de cada paquete supere las 5 Toneladas (generalmente es de 4.8 Toneladas).

Para este estudio, la variable tamaño de la bobina será eliminada y expresada de manera constante en entradas de 20 Toneladas.

Figura 1. Distribución de la Estación de Trabajo:
1. Controlador del gato apilador de suministro de materia prima.
2. Cono acondicionador de Bobinas. 3. Aplanadora 4. Cizalla. 5. Barra transportadora
6. Salida del sistema. 7. Zona de empaque. 8. Cono

Esta estación tiene dos operarios asignados: un operario experimentado y un auxiliar. Está programada para trabajar sobre pedido, sin embargo, los pedidos son recopilados y programados con un mes de antelación, manteniendo la programación anual. Como referente a la variable demanda, se consideró datos históricos correspondiente al promedio de los dos últimos años, junto con el pronóstico de incremento para los últimos 6 meses.

Para efectos de este estudio, se seleccionaron tres referencias de productos que representan el 55% de las ventas mensuales, denominadas Ref. 1, Ref. 2 y Ref. 3. La Tabla 2 relaciona el peso teórico y la demanda mensual promedio por cada referencia de producto, de la cual, puede observarse que el producto con mayor rotación mensual corresponde a la Ref.2 (50%), seguido de la Ref.3 (35%).

Tabla 2. Demanda Mensual Promedio por Referencias de Producto

Adicionalmente, el proceso de empaque es independiente de la línea de producción, principalmente porque el empaque puede hacerse mientras la máquina opera; de esta manera, estos tiempos aunque son considerados como unidad funcional (UF), no serán adicionados al tiempo final del proceso.

Como conclusión de esta primera etapa de revisión y observación del proceso, se presentan a continuación algunas características particulares del mismo, consideradas en la realización de etse trabajo:

1. En cuanto a las revisiones de calidad, las políticas estipulan que para la Ref.1 se realicen 1 inspección aleatoria por cada 5,77 Toneladas, para la Ref. 2 cada 4,83 Toneladas, y cada 4,74 Toneladas para la Ref. 3.
2. La materia prima se abastece con bobinas de 20 toneladas, minimizando las paradas de abastecimiento.
3. El sistema procesa todo el día (2 turnos) la misma referencia. De acuerdo a la disponibilidad mensual operativa de la estación de trabajo, los turnos de producción por referencia de producto se distribuyen de la siguiente forma: 240 horas (30 turnos) para la Ref. 2, 168 horas (21 turnos) para la Ref.3 y 72 horas (9 turnos) para Ref. 1.
4.  Si la producción es superior a la demanda, el excedente es inventario.
5. Los suplementos por fatiga corresponden al 4% del tiempo del turno; además, se adiciona un descanso de 10 minutos a la mitad del turno.
6. El proceso se dividió en 23 micro – movimientos, los cuales son llamadas micro – actividades. Estas se agrupan en unidades funcionales de acuerdo a su similitud, relación y aporte al proceso productivo.
7. La estación de trabajo presenta fallas de tipo mecánico que aumentan los tiempos de ciclo del proceso. Estas fallas se relacionan principalmente a los elementos de suministro de materia prima, puesta a punto e internamente en la herramienta de corte (aumentando el número de inspecciones de calidad por día).

Etapa 2: Construcción de la metodología para recolección de datos basada en las condiciones del proceso.

Dentro de la metodología propuesta para la recolección de datos, se incluye el estudio del trabajo documentado en el manual de la OIT, el cual expone los requerimientos resumidos en la Figura 2 para analizar procesos:

Figura 2. Requerimiento para el Análisis de Procesos – OIT
Fuente: Adaptado de Kanawaty, 1996

Considerando el carácter repetitivo del proceso objeto de estudio y la interacción hombre máquina, el método más económico y práctico de gestión es el análisis de grafos y diagramas analíticos; además de la utilidad en la recolección de datos, síntesis y análisis de información, la facilidad de implementar, replicar y controlar lo convierten en una alternativa útil para este tipo de estudios.

Los principales diagramas utilizados en este estudio son: cursograma sinóptico, cursograma analítico del operador, diagrama bimanual, cursograma administrativo, diagrama de actividades múltiples, simograma, diagrama de recorrido, diagrama de hilos, ciclograma y gráficos de trayectoria.

Adicionalmente, se aplicó la técnica del interrogatorio al personal operativo de la estación de trabajo. Como resultado de esta intervención, se encontraron discrepancias entre los procesos escritos en los manuales de procedimientos y el proceso real. También, se pudo establecer relaciones entre la distribución de la planta y problemas ergonómicos de la estación de trabajo.

Para la toma de tiempos, se utilizó como técnica de muestreo el estudio de micro-actividades descrito por la OIT (Kanawaty, 1996), considerando el 95% como nivel de confianza para el cálculo del tamaño de muestra. Por último, al considerar el sistema en estudio como un sistema complejo debido a la aleatoriedad, incertidumbre e interrelaciones de algunas variables, se pudo aplicar principios de OPT y estadística básica para minimizar el margen de error asociado al estudio.

Etapa 3: Caracterización del sistema, creación de las unidades funcionales.

El proceso productivo está compuesto de 23 micro-actividades, agrupadas en 8 unidades funcionales presentadas en la 3. El ciclo inicia con el suministro de materia prima y finaliza cuando ésta es convertida en su totalidad en láminas empacadas y el proceso es documentado para la trazabilidad del producto.

Tabla 3 . Clasificación de Micro - Actividades en Unidades Funcionales.

En cuanto a las funciones del recurso humano disponible en la estación del trabajo, el operador de la máquina analiza las especificaciones de corte, posteriormente coloca la bobina en el carro de carga y la ajusta con el fin de realizar el enhebrado, puesta a punto y puesta en marcha de la máquina; además de las respectivas inspecciones, diligencia formatos para llevar los registros de trazabilidad del producto terminado, debe garantizar el buen estado de la materia prima y reportar no conformidades. Su porcentaje de ocupación actual es del 78,5%. El auxiliar asiste el proceso de inspecciones y empaca el producto terminado; además, garantiza el oportuno retiro de las unidades de empaque salientes. Su porcentaje de ocupación es del 60,2%, pero su dedicación no es exclusiva al proceso de esta máquina.

Etapa 4: Toma de muestras iniciales.

El cálculo del tamaño de muestra para la realización de inferencias poblacionales se guía a través de la siguiente ecuación (Fernández, 1996):

Donde:

n = Tamaño de la muestra
Z = Desviación del valor medio para el nivel de confianza del 95% Z=1,96
e = Margen de error máximo permitido (5%)
p = Representa la heterogeneidad de la muestra, que en este caso se toma como 33.3% por las e referencias.

Aplicando la formula se obtiene un tamaño de muestra de 342 ciclos productivos. De acuerdo al comportamiento de la demanda, estos se distribuyen por referencia de producto de la siguiente manera: 171 ciclos para Ref. 2, 120 ciclos para Ref. 3 y 51.3 ciclos para Ref. 1.

Etapa 5: Identificación del cuello de botella o elemento restrictivo.

Para la identificación del cuello de botella o elemento restrictivo del proceso, se relaciona la demanda y capacidad de producción del proceso, identificando inventarios o faltantes en el sistema; además, se realiza el cálculo de los indicadores evaluados a través de TOC.

Relación de Demanda y Capacidad de Producción del Sistema

La Tabla 4 relaciona la demanda y capacidad de producción mensual del sistema. De acuerdo a esto, sólo la Ref. 1 logra satisfacer la necesidad del mercado, presentando como excedente 186 Toneladas asociadas a inventario. Para las Ref. 2 y Ref. 3 se presentan faltantes cuantificados en 113 y 29 Toneladas respectivamente.

Tabla 4. Demanda Vs. Capacidad Mensual

Ingreso Neto.

El ingreso neto es calculado a partir de la siguiente ecuación:

Ingreso Neto = Ventas – M.P. – Servicios a terceros

Las ventas se relacionan con la demanda satisfecha. El precio de venta estimado es de USD$0,5/Kg sin variación por referencia. De acuerdo a TOC, los costos de la materia prima solo incluye los materiales usados en el proceso de fabricación, estimado como USD$0,33/Kg para la referencia de acero tipo HR. Este proceso no asocia costos a terceros.

De acuerdo con lo anterior, en la Tabla 5 se muestra el ingreso neto calculado para cada referencia de producto. El mayor ingreso es generado por la Ref.2, la cual relaciona menor diferencia en demanda insatisfecha.

Tabla 5 . Cálculo del Ingreso Neto Actual (USD$)

Inventario y Gastos Operacionales.

Para esto proceso, solo la Ref.1 genera productos para inventarios porque su capacidad de producción es mayor a la demanda estimada. De acuerdo a esto, en promedio se genera inventario mensual de 186 Toneladas que relacionan USD$61.380 por costos de materia prima. Con relación a los gastos operacionales, la estación de trabajo considera costos operativos por USD$18.000 y mano de obra por USD$333, totalizando USD$18.333.

Calculo de la Capacidad de los recursos.

Para cada referencia de producto, la Tabla 6 presenta la relación de los coeficientes de capacidad y demanda en toneladas por minuto para cada unidad funcional, considerando el ciclo de trabajo como unidad de tiempo.  Este resultado es contrastado con el tiempo total disponible en la estación de trabajo y comparado con la demanda para la identificación de cuellos de botella.

Para la Ref. 1, el recurso más lento es el proceso de empaque (UF8); sin embargo, no alcanza a ubicarse por debajo de la demanda. Así, aunque la Ref. 1 sea un proceso susceptible de mejora, no será profundizado en este trabajo, ya que no presenta cuellos de botella en ninguna de las unidades funcionales y la capacidad de producción cumple con la demanda.

Para las Ref. 2 y Ref.3, la capacidad de la UF8 se encuentra por debajo de la demanda, convirtiéndose en cuello de botella.

Tabla 6 . Porcentaje de Ejecución de Unidad Funcional por Ciclo de Trabajo

Paso 2: Explotar la restricción - Drum

Con base en la tabla anterior, al profundizar el análisis en las Ref. 2 y Ref. 3, el elemento que posee capacidad inferior a la demanda es la UF8 (Empaquetado), sin embargo, este proceso depende de las unidades entregadas por las UF5 (Generación de láminas), UF7 (Registro en el sistema) y UF6 (Inspección final - Verificación de calidad). Estos dos últimos procesos no se consideran en adelante en este estudio porque presentan tiempos de operación muy bajos y su capacidad está por encima de la demanda del sistema. Igualmente sucede con la UF5 debido a que el proceso lo realiza la máquina obedeciendo a un comportamiento estadístico; además, durante el tiempo de análisis no presentó ninguna falla interna.

De acuerdo a esto, se trabajará entonces con las micro-actividades de las unidades UF2 y UF3, las cuales en su orden representan los tiempos de ocupación más relevantes del proceso. Para estudiar al detalle las UF2 y UF3, se requieren los resultados de los tiempos de operación del estudio del trabajo. Estos resultados se presentan en las Figuras 3 y 5 respectivamente.

Analizando la UF2, las micro-actividades críticas que tienen potencial de mejora sin inversión de dinero, como el ajuste del cono y el enhebrado, tienen demoras asociadas a la política de uso de bobinas  de más de 17 toneladas en la máquina (peso máximo para el cual está diseñada); decisión que se tomó para minimizar las paradas por abastecimiento, forzando a la máquina a ser adaptada de forma artesanal por su operador. Esta situación aumenta el tiempo de esta micro-actividad y el riesgo de lesión de los operadores, ya que en ocasiones deben subir a la máquina para realizar adaptaciones manuales en el equipo. De acuerdo a lo anterior, esta parte constituye el tambor del proceso (Drum).

Figura 3. Tiempo de Operación UF2

Con el fin de explotar esta restricción y marcar el ritmo de trabajo, se usarán bobinas de 15 toneladas y el auxiliar de la máquina debe dar soporte al operador en los procesos manuales donde se requiere manipulación y arrastre de la materia prima (modificando el manual de funciones del auxiliar y considerando que según su porcentaje de ocupación se encuentra subutilizado). De esta forma se disminuye la carga de peso para el operador en un 75%, representando reducción en los tiempos de operación de estas micro-actividades hasta en 50%, y en el tiempo de la unidad funcional hasta en 1 hora para la Ref.2 y en 1 hora con 11 minutos para la Ref. 3. Estas variaciones se aprecian en la Figura 4.

Figura 4. Tiempo de Operación UF2 luego de Explotar la restricción.

De igual forma, se procede con la UF3. Las micro- actividades problema corresponden a los procesos de regulación de basculación y presión de la máquina, y el ajuste de la máquina en la aplanadora antes del corte, generados principalmente por el tamaño de la materia prima, ya que el peso soportado es mayor que el indicado por el fabricante. Lo anterior se evidencia en la Figura 5.

Figura 5. Tiempos de Operación UF3 

Al explotar la restricción y realizar sugerencias de ajuste mencionadas, los tiempos de operación de basculación, regulación y paso hasta la aplanadora se redujeron considerablemente hasta en un 30%, tal y como se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Tiempo de Operación UF3 luego de Explotar la restricción.

En el paso siguiente se subordinara el proceso al estado actual de las restricciones y se aplicará la metodología DBR para llevar a cabo las mejoras.

Paso 3: Subordinar la restricción - Buffer.

A continuación, en este proceso serán colocados 2 buffers, ambos en las micro-actividades que tienen contacto directo con la materia prima y que tienen procesos donde se puede acumular material para generar un amortiguador, los buffers sugeridos a seguir son:

Buffer para ajuste de Bobina en cono: La máquina tiene un carro de carga, donde se coloca la bobina antes de ingresar al cono que la contiene mientras es convertida en productos comercializables. Al lado del cono se adaptó un espacio detrás de la máquina para colocar bobinas en lista de espera (hay espacio para una bobina adicional), al llenar el carro apilador y colocar una bobina adicional en aquel espacio, se garantiza que el proceso tenga materia prima disponible; este proceso se realizará cargando al auxiliar de empaque y el de puente grúa con esta función mientras la máquina es operada.

Realizando esta acción el proceso gana 8 minutos aproximadamente por cada ciclo de trabajo en cada referencia producida. Adicional a esto, en este espacio se pueden quitar los zunchos y recubrimientos de la materia prima, adicionando 8 minutos aproximadamente. Durante 16 minutos de operación de la máquina pueden ser cargados los  buffers, sin interferir con el proceso y ofreciendo suministro constante de materia prima. En la sección de resultados se muestra el impacto del buffer en la restricción.

Enhebrar la materia prima en el rodillo de tiro: Esto garantiza suministro permanente de insumos mecánicos y herramientas para las adaptaciones manuales que se hacen a las máquinas. Se estima una ganancia del 15% sobre el tiempo actual de esta micro-actividad como buffer en el proceso.

Paso 4: Elevar la restricción - Rope.

Modificaciones en la planeación de la producción:

Para esto, se retiraron horas de trabajo de Ref. 1 (capacidad mayor a demanda) y se pasaron a la Ref. 2, la cual genera mayor ingreso a la compañía; esto con el fin de maximizar el flujo de caja y el retorno de la inversión.

De acuerdo a esta modificación, en la Tabla 7 puede apreciarse que tanto la Ref.1 como la Ref. 2 cumple con los requerimientos de demanda, eliminando los faltantes asociados.

Tabla 7. Tiempo, Capacidad y Demanda después de Elevar la Restricción.

Mejoras Mecánicas y Ergonómicas:

Se realizaron reparaciones en el cono de la máquina y adaptaciones para eliminar las actividades manuales, lo cual mejoró el tiempo de ajuste de la bobina en un 75%. Además, fue necesario corregir el problema mecánico del brazo de la máquina que disminuyo también el tiempo de esta unidad funcional en un 32%.

Finalmente, se sugirió mejoras de tipo ergonómico y de calidad del puesto de trabajo, tales como la ubicación de dispensadores de agua y ventiladores cerca al puesto de trabajo. Estas propuestas significaron una reducción adicional del 5% sobre los tiempos en las actividades con interacciones directas entre los operadores y la materia prima.

Paso 5: Volver al paso 1:

En esta paso se comparó los indicadores de Throughput  antes y después de la implementación de las fases anteriores para evaluar las mejoras en el proceso y encontrar nuevas restricciones.

Cálculo de tiempos operativos luego de la implementación de las mejoras:

A continuación se presentan los tiempos antes y después de la implementación de las mejoras propuestas en este trabajo. Las reducciones significan 54,39% en el tiempo de ciclo para la Ref.2  y 45,23%  para la Ref.3, y se exponen en la Figura 7. Las modificaciones implementadas fueron mejoras de tipo táctico y operativo, adquisición de equipos, restructuraciones a mediano plazo y medianas inversiones.

Figura 7. Tiempos de Ciclo Antes y Después de TOC

Luego de las modificaciones realizadas al proceso productivo, para ambas referencias la capacidad de producción supera la demanda, eliminando de esta forma las restricciones ocasionadas por el cuello de botella. La información anterior se resume en la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. :

Tabla 8. Número de Ciclos y Capacidad Después de TOC.

Estimación del Ingreso Neto.

De acuerdo a la Tabla 9, el ingreso neto aumentó en 9% para la Ref.2 y 3% para Ref. 3

Tabla 9 . Cálculo del Ingreso Neto Luego de TOC (USD$)

Inventario y Gastos operacionales.

El proceso analizado no genera inventarios porque la producción está diseñada para satisfacer la demanda promedio, sin embargo, gracias a la implementación de TOC existe tiempo disponible en horas de producción que pueden utilizarse en la fabricación de mayor cantidad de productos, según la planeación del sistema. De esta manera, se puede concluir que el nuevo cuello de botella del sistema es una restricción de tipo externa: La demanda.

Con relación a los gastos operacionales, estos se mantienen constantes pese a los cambios generados en el proceso, debido a que los salarios y los costos operativos son fijos.

6. Conclusiones

TOC actualmente sigue siendo un campo de investigación útil para el mejoramiento de la eficiencia en los sistemas productivos. La combinación de esta metodología con otros métodos y herramientas aumentan su confiabilidad en la obtención de resultados relacionados con la optimización de recursos a través de la identificación de restricciones que generan cuellos de botella en el sistema. Siguiendo esta línea de investigación, el trabajo actual combina esta metodología con metodologías complementarias como el Estudio del Trabajo y DBR. El estudio del trabajo en la identificación de las restricciones favoreció el entendimiento de la dinámica del sistema en términos de propiedad, planta, equipo y su interacción. Por su parte, el sistema DBR como soporte a TOC facilitó las fases explotar, subordinar el sistema y elevar las restricciones.

Esta combinación permitió a su vez, el diseño, implementación y validación de una metodología propuesta para  la identificación de la restricción que consiste en 5 etapas principales que facilitan este proceso: revisión y observación del proceso, construcción de metodología para la recolección de datos, caracterización del sistema y creación de unidades funcionales, toma de muestras iniciales e identificación del cuello de botella o elemento restrictivo.

El sistema productivo en estudio presentó restricciones de capacidad interna en la UF8 relacionada al empaque en dos de las referencias analizadas, para las cuales, la capacidad de producción era inferior a la demanda. Sin embargo, en el análisis de esta unidad funcional, se concluyó que ésta dependía de otras unidades funcionales, siendo unas despreciadas debido a tiempos no considerables con relación al total, y dos en particular analizadas a profundidad, la UF2 y UF3. A estas unidades funcionales se guió los pasos restantes en la aplicación de la metodología TOC, presentando mayor impacto en las fases de explotación y elevación de la restricción. Los resultados de esta aplicación muestran resultados favorables en la maximización del indicador de Throughput y reducción de los indicadores de inventarios y gastos operativos.

Puntualmente, para las referencias analizadas, el Throughput   aumentó con la reducción del tiempo de ciclo y aumento del número de ciclos a través de la redistribución de tiempo ocioso en tiempo productivo. De esta forma, se aumentó la capacidad de producción de estas referencias y se eliminaron los faltantes en el sistema, lo que aumentó el ingreso neto de forma general 12%. Con esta redistribución, se descargó unidades producidas de la referencia que generaba inventarios, ocasionando su reducción total.

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1. Ms. (C) Maestría en Ingeniería de Energías, Universidad Distrital de Itajubá. Ingeniera Industrial y Docente del Programa de Ingeniería Industrial de la Universidad de la Costa. Grupo de Investigación PRODUCOM. Baranquilla – Colombia. E-mail: lcortaba1@cuc.edu.co
2. PhD. (C) Doctorado en Ingeniería – Sistemas, Universidad Nacional de Colombia. Maestría en Ingeniería – Sistemas, Universidad Nacional de Colombia. Ingeniera Industrial y Docente del Programa de Ingeniería Industrial de la Universidad de la Costa. Grupo de Investigación PRODUCOM. Baranquilla – Colombia. E-mail: smartine31@cuc.edu.co
3. Máster en dirección de producción y mejora de procesos industriales, OBS Business School, Universidad de Barcelona. E-mail: omendoza@gmail.com