Sistemas MPC convencionales

Con objeto de ubicar el contexto, las carencias y las alternativas de los sistemas en los que se apoyan las soluciones para la industria ETO, y previamente a la exploración del estado actual de las soluciones comerciales y académicas, se resumen el origen y los fundamentos de los principales sistemas MPC convencionales, prestando mayor atención a los aspectos directamente concernientes al ámbito de la tesis. Además de las referencias específicas, el recorrido histórico se construye principalmente a partir de la siguiente selección de referencias, a las que se remite para un estudio más en detalle: [Delgado 2000] [Grubbstr 1995] [Hopp 1996, part I] [Ptak 2000, cap. 1] [Ralston 1996] [Riezebos 2001, cap. 1] [Rondeau 2001] [Wilson 1995].

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.. Origen de los sistemas convencionales 

Los sistemas MPC están ligados a la actividad industrial. Para llevar a cabo esta actividad es necesario contar con un sistema —explícito en mayor o menor grado, formal en mayor o menor grado— que dé soporte a las tareas de planificación y control de la producción; a su vez, mejoras sustanciales del propio sistema pueden actuar como motor de la actividad industrial. Es lógica pues la estrecha relación mantenida entre la revolución industrial, en sus distintas etapas, y el desarrollo de los sistemas MPC. Así, el progresivo estudio sistemático y análisis formal de los sistemas MPC comienza a partir de la revolución industrial, que significa la superación de la fabricación artesanal [Skinner 1985].

En esos inicios, Adam Smith (1723-1790) rompe con uno de los patrones de la fabricación tradicional, y plantea las ventajas de la división del trabajo. Los procesos productivos se conciben ahora formados por una secuencia de tareas, cada una de las cuales es asignada a un trabajador. El siguiente paso lo da Eli Whitney (1765-1825) al desarrollar el concepto de la “intercambiabilidad de las piezas”. Independizadas unas tareas de otras en el proceso, y establecida la intercambiabilidad de las piezas resultantes de cada etapa productiva, quedan establecidas la bases para la fabricación en serie de componentes. La atención específica que comienza a recibir la planificación y el control de la producción a partir de la revolución industrial queda patente en el libro clásico de Charles Babbage (1792-1871) [Babbage 1832], en el que, entre otras aportaciones, el autor avanza un paso más y reflexiona sobre la necesidad de coordinación que ocasiona la especialización, y el correspondiente rol primordial y necesario del gestor de la producción.

En el impulso industrial del final del siglo XIX y principios del XX, como se comentó al exponer la teoría de Koskela (ver 2.1.1.1), Frederick W. Taylor (1856-1915) desempeña un papel fundamental. Evoluciona las ideas de Babbage y propone la teoría de la

organización científica del trabajo (scientific management). Esta teoría, que defiende la

concepción científica de la gestión industrial, supone un hito en la organización industrial y tiene una enorme repercusión. Entre las aportaciones de Taylor destaca, en relación con el desarrollo de los sistemas MPC, el trabajo publicado a principios del siglo XX con el título “Shop Management” (“Gestión del taller”) [Taylor 1903]. En él, Taylor distingue las tareas de gestión y planificación previas a la fabricación, de las de ejecución. La planificación pasa a ser una función especializada con una responsabilidad directa en el progreso del trabajo del taller. Esta función recibe cometidos como el lanzamiento de las órdenes de producción y el control del cumplimiento de los planes. Las ideas de Taylor se plasman en la introducción de departamentos dedicados específicamente a las tareas de planificación, a las cuales comienza a aplicarse un enfoque científico.

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Asociados al movimiento taylorista, ocupan un lugar destacado el matrimonio formado por Frank B. Gilbreth (1868-1924) y Lillian Gilbreth (1878-1972), y el discípulo de Taylor, Henry L. Gantt (1861-1919). Los Gilbreth se especializan en la aplicación de métodos científicos a la planificación de los procesos de producción, sobresaliendo sus estudios sobre los métodos de trabajo y sus diagramas de proceso y de flujo. Es clara su preocupación por dos aspectos derivados de la especialización intensiva: las condiciones de trabajo y los incentivos. Esta última cuestión también recibe el interés de Gantt, que hace aportaciones al respecto, si bien su contribución principal, de particular relevancia en el ámbito de los sistemas MPC, son los diagramas para la planificación y el control de la producción que llevan su nombre.

Como describe Wilson [Wilson 2003], el papel de Gantt en el desarrollo de los sistemas MPC es fundamental. Según aclara este autor, aunque es muy habitual datar erróneamente el origen de los diagramas en torno a la primera guerra mundial, Gantt los desarrolla a final del siglo XIX. Lo hace de forma sincronizada con Taylor, dando lugar a una propuesta integrada de sistema MPC. El sistema Taylor-Gantt constituye el fundamento de los sistemas empleados desde entonces en muchos entornos de producción. La propuesta se materializa en dos artículos publicados inicialmente juntos en 1903; el ya referido de Taylor [Taylor 1903] se publica unos años después como libro independiente, y por ello adquiere mayor difusión a la vez que se desliga del trabajo de Gantt [Gantt 1903].

Figura . Ejemplo de diagrama de Gantt por recursos   [Alford , p.] 

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En el manual clásico de Alford et al. se dedica un apartado específico a los diagramas de Gantt [Alford 1934, pp. 1435-1456], que comienza con la siguiente definición: “Los diagramas de Gantt son un sistema de diagramas en el que se utilizan intervalos temporales y barras horizontales para medir la ejecución o el grado de avance respecto al tiempo”. Estos autores agrupan el numeroso conjunto de diagramas en tres tipos principales, diseñados para responder a tres cuestiones fundamentales que describen en palabras del propio Gantt: diagramas de registro de máquina —“¿Están utilizándose todas las máquinas? En caso contrario, ¿por qué no?”—, diagramas de programación y avance —“Si están en uso, ¿están haciendo el trabajo más necesario? En caso contrario, ¿por qué no?”—, y diagramas de registro de mano de obra —“Si están trabajando y están haciendo el trabajo más urgente, ¿lo están haciendo tan rápido como deberían? En caso contrario, ¿por qué no?”— [Alford 1934, p. 1435] (de forma similar, [Wilson 2003] [Herrmann 2005]).

Aunque se refiera a ellos con el término “diagrama”, los diagramas de Gantt son en origen mucho más que meras representaciones [Wilson 2003] [Herrmann 2005]. Incorporan mucha información, frecuentemente balances numéricos, y su elaboración lleva implícita una importante actividad de planificación y control (ver ejemplo Figs. 3.1 y 3.2). De hecho, algunos de ellos son auténticos tableros de planificación y programación de la producción, en los que, a partir de los pedidos de los clientes, con la correspondiente traslación temporal y teniendo en cuenta tanto las limitaciones de capacidad como de precedencias entre operaciones, se obtiene la especificación de las actividades a realizar cada día por cada recurso. Un ejemplo ilustrativo es el de la programación de la fabricación de un producto de la Figura 3.3 [Alford 1934, pp. 254-

Figura . Ejemplo de diagrama de Gantt de control de avance   [Alford , p.] 

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257]. En la parte superior de la figura se presenta una programación hacia atrás a recursos infinitos (de manera equivalente a como haría un sistema MRP, ver 3.2.3, o el método PERT, ver 3.2.4) y en la parte inferior una programación hacia delante a recursos finitos realizada mediante un diagrama de Gantt de carga de recursos.

Los diagramas se pueden considerar pues como un modelo de la evolución del sistema productivo en una situación determinista. El modelo resulta una guía esencial para las tareas de la función de planificación; permite buscar la evolución que se considera más apropiada y observar las implicaciones de hacer variaciones sobre el plan inicial. Los diagramas de Gantt suponen un gran avance en la forma de gestionar la producción, ya que su utilización lleva progresivamente a detectar la necesidad de realizar las principales actividades del sistema MPC; con ellos se comienzan a identificar las fuentes de

Figura . Programación mediante un diagrama de Gantt de carga  de recursos [Alford , pp. -] 

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desviación respecto a los planes y surge la necesidad de hacer controles en el inventario, de preocuparse por la calidad de los materiales, de buscar la exactitud de las estimaciones de las duraciones, de tener previsiones fiables de la demanda… Además, al recabar los datos para la elaboración de los diagramas, aparece de forma natural la posibilidad de representar información con distintos niveles de agregación. De este modo, paulatinamente y en el marco de las ideas de Taylor de la aplicación de métodos científicos a la gestión, se establecen a principios del siglo XX los fundamentos de las técnicas de planificación y control de la producción.

Siguiendo en la línea taylorista, la aportación más trascendente de la época en el ámbito de la aplicación de métodos matemáticos a los sistemas MPC es la llamada fórmula del

lote económico de pedido (EOQ, Economic Order Quantity). Como clarifica Erlenkotter

[Erlenkotter 1990], esta fórmula la propone en primer lugar Ford W. Harris (1877-1962) [Harris 1913], aunque también aparece en años posteriores en trabajos de diferentes autores, adjudicándose mayoritariamente a R.H. Wilson durante décadas debido a la presencia de una fórmula equivalente en un trabajo de gran repercusión según se comenta más adelante [Wilson 1934].

Q: Tamaño de la orden D: Demanda por unidad

de tiempo

CE: Coste de preparación

por orden (set-up) CA: Coste de almacenaje

unitario por u. tiempo

Interés y Depreciación del

stock

Tamaño de Lote Económico, dando el

Coste Total mínimo

Coste de Preparación (set-up) Tamaño de la orden Costes po r u ni dad de ti e m p o

Coste Total (sin

incluir el coste unitario del artículo

A E EOQ C C D Q = 2⋅ ⋅ Figura . Tamaño de Lote Económico de pedido (EOQ).  Adaptado de [Harris ] 

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Harris se plantea un problema habitual en la decisión de las órdenes a lanzar al taller: cuando se va a fabricar un producto sometido a una tasa de demanda por unidad de tiempo: ¿es preferible en un régimen estable lanzar pocas órdenes de lotes grandes o muchas órdenes de lotes pequeños? Se trata de buscar un compromiso entre los costes asociados al lanzamiento de cada orden —preparación de recursos, trabajo administrativo, etc.— y el coste asociado al mantenimiento de las unidades hasta ser consumidas —Harris considera el coste de oportunidad y depreciación formulados como una tasa de interés aplicada a la inversión en el inventario, aunque en general será un coste de almacenamiento que incluirá conceptos como seguros, riesgo de obsolescencia o costes variables de luz, contemplados explícitamente por Wilson [Wilson 1934]—. Considerando este último coste de almacenamiento con un comportamiento lineal con las unidades de producto y las unidades de tiempo, Harris modela matemáticamente la búsqueda del compromiso como el mínimo de la suma de ambos costes, que representa con el ejemplo mostrado en la Figura 3.4. El resultado es la conocida fórmula del EOQ.

Este tipo de equilibrio entre un coste fijo por lanzar una orden y un coste variable asociado a cada unidad de una orden es un problema que aparece repetidamente en el ámbito de la gestión, por lo que la fórmula de Harris ha tenido y tiene múltiples aplicaciones; en particular, y como se comenta más adelante, tiene una aplicación directa en el sistema de punto de pedido, evolución del grupo de técnicas de reaprovisionamiento y considerado como primer sistema MPC convencional. El fundamento de este sistema de gestión de inventarios se establece a principios de la década de los 1930s [Wilson 1934], si bien su difusión práctica y desarrollo teórico no se produce hasta mediados de siglo, cuando cobra un papel preponderante según se describe en el siguiente subapartado.

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En la eclosión de avances industriales de principios del siglo XX es necesario destacar la figura de Henry Ford (1863-1947), que desempeña un papel primordial en el desarrollo de las líneas de fabricación repetitiva. Se considera habitualmente la línea de montaje de Ford como uno de los máximos exponentes de la puesta en práctica de las ideas de Taylor, si bien, a diferencia de otros autores mencionados, especialmente Gantt, Ford y Taylor no tuvieron relación personal [Hopp p. 28]. Aplicando un enfoque científico, Ford disminuye de forma radical el tiempo necesario para el montaje del legendario modelo de coche “Ford T”, y revoluciona el mercado del automóvil al lanzar su producción en masa y conseguir convertirlo en un producto asequible. No obstante, como ya se comentó en el capítulo anterior (ver 2.1.1.1), es preciso recalcar su papel precursor, además de en cuanto al diseño de líneas de producción, que ha sido lo que más ha trascendido en occidente, en relación con su filosofía de eliminación del desperdicio, movimiento de materiales, calidad, polivalencia de los trabajadores, etc., fuente de ideas para el desarrollo de la teoría del Just In Time (JIT) que se trata posteriormente. En definitiva, Ford no sólo tiene relevancia por el éxito industrial de la puesta en marcha de sus innovaciones en la cadena de montaje, sino que además proporciona un valioso testimonio escrito acerca de su sistema y sus ideas de gestión (en especial, [Ford 1926]).

A final de los años 1920s sobreviene la crisis económica en Estados Unidos y se entra en una etapa de recesión industrial. No obstante, los frutos de los prolíficos años anteriores son suficientes para que, en esos momentos, la función de planificación y control de la producción tenga entidad dentro del sistema productivo, se trate a nivel teórico de forma específica, y cuente con un conjunto apreciable de técnicas y métodos bien documentados, incluyendo: listas de materiales, hojas de ruta, vales de material, técnicas

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de previsión, técnicas de planificación, técnicas de programación, etc. (ver Figs. 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8). El conjunto de técnicas se mantiene totalmente vigente hasta mediados del siglo XX; más aún, en los entornos productivos en los que el papel de los sistemas de información —impulsores claros del desarrollo de los sistemas MPC en fabricación discreta— es aún limitado, como la industria ETO en consideración, se

Figura . Esquema de Control de Producción basado en órdenes  [Alford , p. ] 

La Orden de Trabajo (Job

Order) rellena con los tiempos

empleados en la operación indica al Departamento de Planificación que la Op. 1 se ha completado.

Un duplicado del Vale de material (Store Issue Order) se envía al Departamento de Planificación para indicar que el material está listo para la primera operación y está en cola de espera en la máquina.

El Informe de Inspección adjunto a la Orden de Trabajo indica el número de piezas “buenas” y “malas” que han resultado de la Op. 1. En su caso, se lanzan órdenes de reposición

Autoriza al almacenero a entregar el material de la Op. 1

Notifica al almacén de herramientas que preparen las herramientas para la Op. 1

Da las instrucciones de cómo realizar la Op. 1. Registra los tiempos empleados en el trabajo

Da las instrucciones al inspector para examinar y evaluar el resultado bueno/malo de la Op. 1

Da las instrucciones a los transportadores para recoger las piezas tras Op. 1 y llevarlas a Op. 2