Fundamentos de Sistemas Productivos y Diseño de Plantas Industriales

Conceptos Fundamentales de Sistemas y Productividad

Definición de Sistema

Un sistema es un conjunto de objetos y/o seres vivientes relacionados entre sí para procesar un insumo y convertirlo en el producto definido por el objetivo del sistema. Puede o no tener un dispositivo de control que permita mantener su funcionamiento dentro de los límites preestablecidos.

Clasificación de los Sistemas

  • Físicos: Aquellos que existen de forma tangible.
  • Abstractos: Existen en el plano de las ideas y el conocimiento.
  • Naturales: Creados por la naturaleza.
  • Elaborados: Creados por el ser humano.

Sistemas Hombre-Máquina

Son la combinación de personas y maquinaria para transformar insumos o producir un bien o servicio.

  • Sistema: Es el conjunto total.
  • Subsistemas: Son los sistemas que componen el sistema principal.

Productividad

Se define como la relación entre la producción obtenida y los recursos empleados para lograrla.

Objetivos de la Producción

La función productiva cumple con objetivos de naturaleza:

  • Física
  • Económica
  • Social

Clasificación de los Sistemas Productivos

Por Criterios Económicos

  • Sistemas Primarios: Sujetos a factores incontrolables (clima, geología). Operan de forma continua o intermitente. Ejemplos: agricultura, minería.
  • Sistemas Secundarios: Corresponden a la transformación y la artesanía. Pueden funcionar de forma continua o intermitente, incluyendo la producción en masa con una gran división del trabajo. Ejemplo: industria de la construcción.
  • Sistemas Terciarios (Servicios): No procesan bienes materiales, sino que ofrecen un recurso que no es posible poseer físicamente. Ejemplos: comercio, servicios de hospedaje.

Por Tipo de Proceso

  • Por Proyecto: El producto final es único. Existe una secuencia ordenada de actividades, pero no un flujo de producción idéntico entre proyectos. Ejemplo: construcción de una carretera.
  • Por Lote (Intermitente): Se elaboran pequeños lotes de productos con características particulares. Es común en talleres. Ejemplo: un taller de costura.
  • Continuos (Por Producto): La producción no se detiene (opera 24 horas). El flujo de materiales es continuo y estandarizado.
  • Mixtos: Emplean simultáneamente más de uno de los tipos de procesos anteriores.

Localización de Planta

Definición

La localización de planta es el proceso de elección del lugar físico para las instalaciones, de manera que favorezca el desarrollo óptimo de las operaciones. Para ello, la empresa aplica diversas estrategias de localización.

Factores a Analizar para la Localización

Se debe realizar un análisis exhaustivo de múltiples factores, entre los que destacan:

  • Situación geográfica de mercados y materias primas.
  • Factores económicos (costos de terreno, impuestos, etc.).
  • Disponibilidad de recursos y servicios (mano de obra, energía, agua).
  • Otros factores como políticas de descentralización industrial, control ambiental y regulaciones.

Causas para un Estudio de Localización

Un estudio de localización se justifica por diversas razones:

  • Existencia de mercados en expansión.
  • Introducción de nuevos productos o servicios.
  • Contracción o cambio en la localización de la demanda.
  • Obsolescencia de la planta actual.
  • Presión de la competencia.
  • Cambios en el mercado de la mano de obra y/o de los proveedores.
  • Decisiones estratégicas como expandir, añadir, cerrar o trasladar instalaciones.

Metodología para la Localización de Planta

  1. Análisis Preliminar: Se estudian las estrategias de la empresa y se identifican los factores de localización dominantes y secundarios.
  2. Búsqueda de Alternativas: Se establece un conjunto de localizaciones candidatas para un análisis más profundo.
  3. Evaluación de Alternativas: Se recopila y centraliza toda la información sobre cada localización para medirla en función de los factores definidos, utilizando métodos cualitativos y cuantitativos.
  4. Selección de la Localización: Con base en la evaluación, se elige una o varias localizaciones aceptables.

Métodos de Evaluación de Alternativas

  • Métodos Exactos: Ofrecen una solución teóricamente óptima. Emplean técnicas que garantizan la mejor solución a partir de los datos considerados.
  • Métodos Heurísticos: Permiten encontrar soluciones factibles y de buena calidad, aunque no necesariamente óptimas, para problemas complejos.
  • Simulación: Consiste en crear un modelo del sistema para manipular ciertas variables y observar los efectos de esas manipulaciones sobre sus características de desempeño.

Distribución de Planta (Layout)

Definición

La distribución de planta es el proceso de determinar la mejor ordenación de los factores disponibles (maquinaria, personal, materiales), de modo que constituyan un sistema productivo capaz de alcanzar los objetivos fijados de la forma más adecuada y eficiente posible (Valhonrat, 2001).

Factores que Influyen en la Distribución

  • Materiales: Características, secuencia de operaciones.
  • Mano de Obra Directa (MOD): Flujo de personal, seguridad, ergonomía.
  • Maquinaria: Espacio, requerimientos de servicios, flujo de trabajo.
  • Movimientos: Minimizar distancias y transportes.
  • Esperas: Reducir el material en proceso y los tiempos muertos.
  • Servicios Auxiliares: Mantenimiento, almacenes, oficinas.
  • Edificio: Características estructurales y limitaciones.

Tipos de Distribución de Planta

  • Distribución por Posición Fija: El producto, por su tamaño o peso, permanece en un lugar fijo, y los equipos, materiales y trabajadores se desplazan hacia él. Ejemplo: construcción de un barco, ensamblaje de un avión.
  • Distribución por Proceso o Funcional: Los componentes del sistema (maquinaria, equipos) se agrupan de acuerdo con la función que desempeñan. Es ideal para producción de bajo volumen y alta variedad. Ejemplos: una fábrica que elabora piezas sobre pedido, un hospital.
  • Distribución por Producto o en Línea: Los elementos que integran el sistema se disponen a lo largo de la trayectoria que siguen los materiales, siguiendo la secuencia de operaciones para obtener el producto terminado. Es ideal para producción estandarizada y de gran volumen.
  • Distribución por Grupos de Trabajo (Tecnología de Grupos o Celular): Es un taller organizado en diversos subtalleres o «células», cada uno de los cuales puede funcionar con cierta independencia y se especializa en una familia de piezas o productos.

Comparativa: Distribución por Proceso vs. por Producto

Distribución por Proceso

  • Adecuada para operaciones intermitentes.
  • Flexible para elaborar productos con muchas variantes.
  • Los centros de trabajo se agrupan por función.

Distribución por Producto

  • Adecuada para elaborar productos estandarizados y de gran volumen.
  • Las áreas de trabajo se alinean conforme a la secuencia de operaciones.

Ventajas

  • Por Proceso: Equipo generalmente menos costoso, menor vulnerabilidad ante fallas de una máquina.
  • Por Producto: Alta utilización del personal y equipo, menor costo de manejo de materiales, control de producción más simple.

Desventajas

  • Por Proceso: Manejo de materiales más complejo y costoso, mayor costo de supervisión, control de producción más complejo.
  • Por Producto: Sistemas inflexibles, alto costo del equipo especializado, operaciones interdependientes (una falla detiene toda la línea), trabajo monótono.

Motivos para una Redistribución de Planta

  • Aumento en el volumen de producción.
  • Cambios en la tecnología y los procesos.
  • Aparición de cuellos de botella y ociosidad en centros de trabajo.
  • Acumulación excesiva de material en proceso (WIP).
  • Alta tasa de accidentes laborales.
  • Dificultad para el control de las operaciones y el personal.

Objetivos de la Distribución de Planta

  • Unidad: Integrar todos los elementos (personal, maquinaria, materiales) en una sola unidad productiva coherente.
  • Circulación Mínima: Optimizar los recorridos de materiales y personas entre operaciones para reducir tiempos y costos.
  • Seguridad: Garantizar la seguridad, comodidad y satisfacción del personal para disminuir el riesgo de accidentes.
  • Flexibilidad: Diseñar una distribución que pueda adaptarse a futuros cambios en el producto o proceso con un costo mínimo.

Nota: La distribución de la planta es un tema complejo que requiere la intervención de especialistas en diversas áreas y una información detallada sobre el proceso y los equipos para poder llevarlo a cabo con éxito.

Gestión de Inventarios

Definición de Inventario

Es el conjunto de materiales o mercancías que una empresa almacena, ya sea para la venta o para su uso en la fabricación, durante un periodo económico determinado.

Tipos de Inventario

  • Inventario de Materia Prima: Materiales que serán utilizados para la elaboración de productos y que aún no han sido sometidos al proceso de transformación.
  • Inventario de Producción en Proceso (WIP): Bienes parcialmente elaborados o manufacturados.
  • Inventario de Productos Terminados: Bienes cuya elaboración ha concluido y que han sido aprobados por los controles de calidad, listos para la venta.
  • Inventario de Materiales y Suministros (MRO): Elementos utilizados para la fabricación del producto o el mantenimiento, pero que no se incorporan directamente a él o no se pueden cuantificar de forma estricta por unidad (ej. lubricantes, tornillería).

Objetivos e Importancia de los Inventarios

Objetivos

  • Economía: Lograr el menor costo total, considerando la compra, el almacenamiento y la posible escasez.
  • Protección: Proveer una cantidad suficiente de materiales para desacoplar las diferentes etapas del proceso productivo y protegerse contra la variabilidad de la demanda y el suministro.

Importancia

Un adecuado control de los inventarios permite:

  • Controlar la inversión en existencias.
  • Gestionar y mitigar riesgos (obsolescencia, deterioro).
  • Optimizar y controlar los costos asociados.

Decisiones Clave en la Gestión de Inventarios

Para decidir cuándo y cuánto comprar, se deben evaluar los siguientes factores:

  • La demanda por unidad de tiempo.
  • La cantidad en existencia y los pedidos en curso.
  • El tiempo de surtido o lead time del proveedor.
  • El riesgo de obsolescencia.
  • Los costos asociados: costo de pedido, costo de mantenimiento de inventario, costo de la mercancía y costo por faltantes (ruptura de stock).

Métodos de Control de Inventarios

Cantidad Económica de Pedido (EOQ)

Es un modelo matemático que sirve para determinar el volumen óptimo del pedido que minimiza los costos totales de inventario. Para su aplicación, requiere conocer:

  • Demanda (D): Cantidad de unidades que se requieren en el periodo.
  • Costo de Pedido (S): Gastos fijos asociados a cada orden (administrativos, transporte, recepción, etc.).
  • Costo de Mantenimiento (H): El valor que implica tener una unidad de mercancía en el almacén por un periodo (costo de capital, seguros, espacio, personal, etc.).

Sistema ABC

Es un método de clasificación de inventarios para determinar el grado de intensidad de control que se debe dedicar a cada artículo. Se basa en el principio de Pareto (80/20):

  • Clase A: Pocos artículos (aprox. 20%) que representan un alto porcentaje del valor total del inventario (aprox. 80%). Requieren un control estricto.
  • Clase B: Artículos con un valor intermedio.
  • Clase C: Muchos artículos (aprox. 50%) que representan un bajo porcentaje del valor total (aprox. 5%). Requieren un control más simple.

Introducción a la Robótica Industrial

Definición

La robótica es la ciencia encaminada a diseñar y construir aparatos y sistemas (robots) capaces de realizar tareas propias de un ser humano. Involucra el diseño, fabricación y utilización de máquinas automáticas programables con el fin de realizar tareas repetitivas como el ensamble de automóviles, manipulación de materiales y otras actividades industriales.

Robot Industrial

Un robot industrial se define como un manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales, según trayectorias variables programadas para realizar tareas diversas.

Importancia y Aplicaciones

  • Realizan tareas de forma más exacta, rápida o económica que los humanos.
  • Se utilizan en trabajos sucios, peligrosos o tediosos para las personas.
  • Tienen gran aplicación en producción en masa, en plantas de manufactura, montaje, embalaje y transporte.

Desventajas

  • Desplazamiento del recurso humano (mano de obra).
  • Requiere una gran inversión de capital inicial.
  • El equipo se deprecia y puede quedar obsoleto al terminar un proyecto específico.