S I S T E M A E X P E R T O B A S A D O E N L Ó G I C A D I F U S A P A R A A P L I C A C I Ó N E N A M B I E N T E S D E M A N U F A C T U R A
Tesis presentada
por
C A R L O S E N R I Q U E R O D R Í G U E Z M O L I N A
Presentada ante la D i r e c c i ó n A c a d é m i c a de la U n i v e r s i d a d V i r t u a l del Instituto T e c n o l ó g i c o y de E s t u d i o s Superiores de M o n t e r r e y
c o m o requisito parcial para optar al t í t u l o de
M A E S T R O E N C I E N C I A S
M a y o de 1998
M a e s t r í a en Ciencias con Especialidad en I n g e n i e r í a Industrial
A mis padres : M a . D e l C a r m e n y J o s é S i m ó n
P o r su ejemplo, g u í a e infinito amor.
A mi esposa : Silvia
P o r su apoyo i n c o n d i c i o n a l y amor sin límites.
A mi hermana : M a r i c a r m e n
P o r haber estado siempre cerca a pesar de la distancia.
A t o d o s mis maestros
P o r su m o t i v a c i ó n y entrega.
A G R A D E C I M I E N T O S
A g r a d e z c o enormemente al D r . J o s é M a n u e l S á n c h e z por su d i r e c c i ó n , apoyo, e x p e r i e n c i a y paciencia durante la r e a l i z a c i ó n del presente trabajo.
A l D r . R o g e l i o S o t o por tener siempre presente mi m o t i v a c i ó n hacia el tema tratado en la presente tesis y el haber aceptado la labor de sinodal para la misma.
A l M . C . A l b e r t o M a l p i c a por su invaluable m o t i v a c i ó n hacia esta á r e a de i n v e s t i g a c i ó n .
A l Ing. Juan M a n u e l Valencia de M o t o r o l a de M é x i c o por su apoyo y o p t i m i s m o .
R E S U M E N
S I S T E M A E X P E R T O B A S A D O E N L Ó G I C A D I F U S A P A R A A P L I C A C I O N E N A M B I E N T E S D E M A N U F A C T U R A
M a y o de 1998
C A R L O S E N R I Q U E R O D R Í G U E Z M O L I N A
I N G E N I E R O F Í S I C O I N D U S T R I A L
I N S T I T U T O T E C N O L Ó G I C O Y D E E S T U D I O S S U P E R I O R E S D E M O N T E R R E Y
M A E S T R Í A E N C I E N C I A S
I N S T I T U T O T E C N O L Ó G I C O Y D E E S T U D I O S S U P E R I O R E S D E M O N T E R R E Y
D i r i g i d a por el D r . J o s é Manuel S á n c h e z
E l m u n d o real de la toma de decisiones en un ambiente de manufactura no es fácil de simular usando consideraciones c l á s i c a s . Sobre todo si se desean s o l u c i o n e s que ayuden a la p r o g r a m a c i ó n de la p r o d u c c i ó n en tiempo real y no s ó l o a la p l a n e a c i ó n de la misma.
E l p r o b l e m a a resolver es el programar el procesamiento de material donde existen diversas c o n d i c i o n e s que no son fáciles de modelar en forma
C o n d i c i o n e s c o m o prioridades de venta, problemas relativos a la calidad en tiempo real del material a ser procesado, s i t u a c i ó n del equipo y del material m i s m o s , etc. son algunos ejemplos de criterios con los que se debe trabajar.
El presente trabajo expone nuevas alternativas para modelar las decisiones tomadas dentro de una línea de p r o d u c c i ó n haciendo uso de
L ó g i c a Difusa. Para describir el contexto del estudio realizado, se consideran las estrategias, funciones y t é c n i c a s de manufactura que han e v o l u c i o n a d o en el presente siglo. C o n buen detalle se mencionan las c a r a c t e r í s t i c a s ,
elementos y a c t i v i d a d e s para desarrollar un Sistema E x p e r t o . L a T e o r í a de la L ó g i c a Difusa se i l u s t r a en forma comprensible. De la misma forma se
describe el p r o c e s o de e l a b o r a c i ó n de un Sistema E x p e r t o basado en
C o n j u n t o s D i f u s o s . F i n a l m e n t e ; se plantea el problema bajo estudio, se listan las reglas de inferencia definidas y se ilustra el modelo generado con
sistemas de p r o g r a m a c i ó n y m o d e l a c i ó n Difusas de reciente desarrollo.
E l resultado final es una excelente propuesta de sistema experto para un ambiente de manufactura flexible, donde se pueden manejar c o n d i c i o n e s de p r i o r i d a d de ventas y disponibilidad de equipos a ser usados para el
p r o c e s a m i e n t o de lotes. E l sistema desarrollado genera la pieza clave para la p r o g r a m a c i ó n de equipos en base a un orden de prioridades de uso u
o r d e n a m i e n t o de procesado.
Í N D I C E D E C O N T E N I D O
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A G R A D E C I M I E N T O S ¡v
R E S U M E N v
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Í N D I C E D E F I G U R A S xii
C A P Í T U L O 1 1
I N T R O D U C C I Ó N 1
1. 1 D e s c r i p c i ó n del Problema 1
1 2 C o n t e x t o del Problema 1
1.2.1 I m p o r t a n c i a operativa de un sistema de p r o d u c c i ó n 4 1.2.2 P e r s p e c t i v a e c o n ó m i c a , t e c n o l ó g i c a y p r o b l e m á t i c a de los sistemas modernos de p r o d u c c i ó n . Caso M é x i c o 7 1.3 O b j e t i v o de la I n v e s t i g a c i ó n 8
1.4 A l c a n c e s y L i m i t a c i o n e s 9
1.5 B e n e f i c i o s Potenciales de la I n v e s t i g a c i ó n 9
1.6 O r g a n i z a c i ó n de la Tesis 10
C A P Í T U L O 2 11
R E V I S I Ó N D E L A L I T E R A T U R A 1 1
2.1 A n á l i s i s de Objetivos y M i s i ó n de la Empresa 11 2 2 Estrategias de M a n u f a c t u r a de Clase M u n d i a l 1 1
2.2.1 Definiciones, Objetivo, Ventajas y C o m p r o m i s o s 1 1 2.2.2 JIT : Antecedentes, Definiciones y Objetivos 12 2.2.3 T Q M , Antecedentes, Definiciones Y Objetivos 14 2.2.4 C I M : Antecedentes, Definición Y Objetivos 17
2.3 Sistemas De M a n u f a c t u r a 18
2.3.1 C l a s i f i c a c i ó n , p r o d u c t i v i d a d y competitividad 18 2.3.1.1 Clasificación por el p r o d u c t o manufacturado 18 2 . 3 . 1 . 2 C l a s i f i c a c i ó n por su p o l í t i c a de inventarios y ó r d e n e s 2 0 2.3.2 Sistemas de p r o d u c c i ó n y operaciones de manufactura .. 22
2.3.4 R e c u r s o s H u m a n o s 23
2.4 Sistemas de P r o d u c c i ó n 23
2.4.1 Antecedentes, definiciones y objetivos 23
2.4.2 E s t r u c t u r a y modelos de o p e r a c i ó n 24 2.4.3 R e q u e r i m i e n t o s de d i s e ñ o , i m p l a n t a c i ó n y mantenimiento24
2.4.4 M o d e l a c i ó n operativa 25
2.5 P r o d u c c i ó n Justo a T i e m p o 26
2.5.1 D e f i n i c i ó n , p r o p ó s i t o , ventajas y c o m p r o m i s o s 26 2.5.2 C a l i d a d y sistemas de p r o d u c c i ó n JIT 27
2.5.3 M o d e l o de p r o d u c c i ó n JIT 27
2.3.3.1 E l e m e n t o s : 27
2.5.3.2 Impacto 28
2.5.4 D e s a r r o l l o de un sistema de p r o d u c c i ó n JIT 28
2.5.4.1 P l a t a f o r m a de desarrollo 28
2 . 5 . 4 . 2 D i s e ñ o del Producto 31
2.5.4.3 D i s e ñ o del Proceso 3 1
2.5.4.4 R e c u r s o s Humanos 32
2.5.4.5 P l a n e a c i ó n y C o n t r o l de la P r o d u c c i ó n 32 2.5.4.6 I m p l e m e n t a c i ó n de un Sistema de P r o d u c c i ó n J I T . . . 33
2.5.5 K a n b a n 34
2.5.6 M a n t e n i m i e n t o P r o d u c t i v o Total ( T P M ) 35
2.5.6.1 Sus objetivos son: 35
2.5.6.2 Las actividades principales. 36
2.5.6.3 5 S's ( S e i r i , Seiton, Seiso, Seiketsu y S h i t s u k e ) . . . . 36 2.5.6.4 M a n t e n i m i e n t o A u t ó n o m o 37 2.6 N u e v a s T e c n o l o g í a s E s t r a t é g i c a s 38
2.6.1 Sistemas Expertos 38
2.6.1.1 D e f i n i c i ó n 38
2 . 6 . 1 . 2 C o m i e n z o s : 39
2.6.1.3 Conceptos B á s i c o s 40
2.6.1.4 D e s a r r o l l o : 41
2.6.1.5 A p l i c a c i ó n : 43
2.6.1.6 Beneficios : 43
2.6.2 I S O 9 0 0 0 / Q S 9 0 0 0 44
C A P Í T U L O 3 47
M O D E L O T E C N O L Ó G I C O D E U N S I S T E M A B A S A D O E N
L Ó G I C A D I F U S A 47
3.1 M o d e l o C o n c e p t u a l de un sistema basado en L ó g i c a Difusa. 47
3.1.1 Fundamentos de la L ó g i c a Difusa 47
3.1.1.1 Antecedentes H i s t ó r i c o s 47
3.1.1.2 L ó g i c a Difusa 48
3.1.1.3 Conjuntos Difusos 49
3.1.1.4 N ú m e r o s Difusos 51
3.1.1.5 Diferencia entre N ú m e r o s y Conjuntos Difusos y
P r o b a b i l i d a d 52
3.1.2 E j e m p l o T e ó r i c o del Uso de la L ó g i c a Difusa 54 3.1.2.1 C o n j u n t o s Difusos y F u z z i f i c a c i ó n dentro del Ejemplo
T e ó r i c o 56
3.1.2.2 I n t e r p r e t a c i ó n de Variables Difusas a la Salida
( " D E F U Z Z I F 1 C A C I O N " ) dentro del Ejemplo T e ó r i c o 58 3.1.3 A p l i c a c i o n e s de los N ú m e r o s y L ó g i c a Difusos 63 3.1.4 C a r a c t e r í s t i c a s generales (requerimientos operativos,
t e c n o l ó g i c o s , e c o n ó m i c o s y organizacionales) 63 3.1.5 E s q u e m a conceptual de un Sistema basado en L ó g i c a
Difusa 64
3.1.6 D i a g r a m a de O p e r a c i ó n 65
3.1.7 D i s e ñ o D e t a l l a d o 65
3.1.7.1 S e l e c c i o n a r las variables de d e s e m p e ñ o (control y
s o l u c i ó n ) 67
3.1 7.2 D e f i n i r el conocimiento y expresarlo en t é r m i n o s
difusos (conjuntos). Uso de Redes Neuronales 67
3.1.7.3 Definir las reglas y los m é t o d o s de d e f u z z i f i c a c i ó n . . 70 3.1.8 P r o g r a m a y d o c u m e n t a c i ó n de i m p l a n t a c i ó n 71 3.2 U s o de la L ó g i c a Difusa en Ambientes de M a n u f a c t u r a
( A n t e c e d e n t e s ) 72
3.2.1 L a s primeras aplicaciones de L ó g i c a Difusa en aspectos
a d m i n i s t r a t i v o s 72
3.2.2 Su a p l i c a c i ó n en el control de inventarios 72 3.2.3 Su a p l i c a c i ó n en el control de p r o d u c c i ó n 73
3.2.3.1 C a s o C o n t i n u o 73
3.2.3.1 C a s o Discreto 74
3.3 P r o g r a m a de Desarrollo 75
oportunidades 75 3.3.2 Etapas de inferencia e i m p l a n t a c i ó n dentro del plan
d e s a r r o l l o 77
3.3.3 E v a l u a c i ó n y m o n i t o r é o del sistema 78
C A P Í T U L O 4 82
A P L I C A C I Ó N Y D E M O S T R A C I Ó N 82
4.1 C a s o P r á c t i c o de D e s a r r o l l o 82 4.1.1 L a E m p r e s a de M a n u f a c t u r a involucrada 82
4.1.2 E l A r e a de P r o d u c c i ó n 82
4.1.3 Detalles sobre la P l a n e a c i ó n de la P r o d u c c i ó n 89 4.1.4 R e s t r i c c i o n e s y a p l i c a c i ó n de P r o g r a m a c i ó n Lineal 91 4.2 A n á l i s i s , D e s a r r o l l o y E v a l u a c i ó n de Resultados 93
4.2.1 D e s c r i p c i ó n del M o d e l o 93
4.2.2 Reglas de inferencia consideradas en el modelo 98
4.2.3 E v a l u a c i ó n del modelo 1 02
4.3 R e c o m e n d a c i o n e s Generales 105
C A P Í T U L O 5 107
C O N C L U S I O N E S 107
5.1 R e s u l t a d o s 107
5.2 R e c o m e n d a c i o n e s 108
5.2.1 Sobre Plataformas de Trabajo 1 08
5.2.2 Sobre Sistemas Expertos 108
5.2 Trabajos F u t u r o s 109
B I B L I O G R A F Í A 111
Í N D I C E D E T A B L A S
P á g i n a
T a b l a 1 A c t i v i d a d e s para el D i s e ñ o de P r o d u c t o y Proceso en un
A m b i e n t e de M a n u f a c t u r a JIT 30
T a b l a 2 C u a l i d a d e s del los R e c u r s o s H u m a n o s , la P l a n i f i c a c i ó n y el C o n t r o l de la P r o d u c c i ó n en Sistemas JIT 30 T a b l a 3 B e n e f i c i o s observados de usar Sistemas Expertos 44 T a b l a 4 E j e m p l o de pertenencia a conjuntos difusos 50 Tabla 5 E j e m p l o de Reglas de Inferencia haciendo uso de L ó g i c a
Difusa 58
T a b l a 6 E j e m p l o s de A p l i c a c i o n e s C o m e r c i a l e s de L ó g i c a Difusa ... 63 T a b l a 7 Reglas de Inferencia usadas en el control de ó r d e n e s de
Inventario 73
Tabla 8 V a r i a b l e s de entrada usadas en el desarrollo de un Sistema E x p e r t o c o n L ó g i c a Difusa en el á r e a de Obleas 95 T a b l a 9 V a r i a b l e s intermedias usadas en Sistema E x p e r t o de
a p l i c a c i ó n 98
T a b l a 10 R e g l a s de Inferencia para la D i s p o n i b i l i d a d de los H o r n o s de
D i f u s i ó n 98
T a b l a 1 1 R e g l a s de Inferencia para evaluar la P r i o r i d a d de
p r o c e s a m i e n t o de lotes 99
T a b l a 12 R e g l a s de Inferencia para evaluar la P o s i b i l i d a d de uso de
una receta dada 99
T a b l a 13 Reglas de inferencia para evaluar la P r i o r i d a d T o t a l de
procesamiento 1 00
T a b l a 14 Reglas de inferencia para d e f u z z i f i c a c i ó n de la variable final de ordenamiento de los trabajos de difusión 100
Í N D I C E D E F I G U R A S
P á g i n a
F i g u r a 1 M o d e l o simple de una Empresa y sus Funciones
E s t r a t é g i c a s 5
F i g u r a 2 D i m e n s i o n e s y Elementos de C I M 18 F i g u r a 3 C l a s i f i c a c i ó n de Sistemas de M a n u f a c t u r a 22 F i g u r a 4 E l e m e n t o s para el desarrollo de Sistema de M a n u f a c t u r a
Justo a T i e m p o 29
F i g u r a 5 S e c u e n c i a seguida para el desarrollo de un Sistemas
E x p e r t o 41
F i g u r a 6 I n t e r p r e t a c i ó n gráfica de las relaciones entre los elementos
de I S O 9 0 0 0 / Q S 9 0 0 0 45
F i g u r a 7 F u n c i o n e s de Pertenencia 51
F i g u r a 8 D i s t r i b u c i ó n P o i s s o n considerada en el C a l c u l o de
P r o b a b i l i d a d e s 53
F i g u r a 9 F u n c i ó n de P o s i b i l i d a d de una V a r i a b l e Difusa 54 F i g u r a 10 R e p r e s e n t a c i ó n gráfica de variables en la L ó g i c a C l a s i c a 56 F i g u r a 1 1 R e p r e s e n t a c i ó n gráfica de V a r i a b l e s como Conjuntos de
N ú m e r o s D i f u s o s 57
F i g u r a 12 E j e m p l o g r á f i c o de D e n s i f i c a c i ó n 59 F i g u r a 13 R e p r e s e n t a c i ó n gráfica del c a l c u l o de á r e a s y centroide
durante la D e f u z z i f i c a c i ó n 62
F i g u r a 14 A p r o x i m a c i ó n gráfica del c á l c u l o del centroide en la
D e f u z z i f i c a c i ó n 62
F i g u r a 15 E j e m p l o de un Sistema E x p e r t o usando L ó g i c a D i f u s a . . . 65 F i g u r a 16 Pasos para el D e s a r r o l l o de un Sistemas E x p e r t o usando
L ó g i c a Difusa 66
F i g u r a 17 R e p r e s e n t a c i ó n g r á f i c a de un arreglo de Redes Neuronales
A r t i f i c i a l e s 69
F i g u r a 18 V i s u a l i z a c i ó n de las c o n e c c i ó n e s y variables de una
N e u r o n a Artificial 70
F i g u r a 19 D e s c r i p c i ó n de c o m o las Redes Neuronales puede desarrollar gran parte del Sistema Experto con Funciones
Difusas 71
F i g u r a 20 E j e m p l o sencillo de la a p l i c a c i ó n de L ó g i c a Difusa en el
F i g u r a 21 E j e m p l o de M o d e l o g r á f i c o de un Sistema E x p e r t o para un caso D i s c r e t o usando e! programa F u z z y T e c h 76 F i g u r a 22 R e p r e s e n t a c i ó n Difusa de una variable usada en ejemplo
d i s c r e t o 77
Figura 23 E j e m p l o de una de las reglas de inferencia usadas en el
caso discreto 78
Figura 24 V a r i a b l e s difusas y de d e f u z z i f i c a c i ó n buscando c o n d i c i ó n Baja a la salida del sistema usado como ejemplo 79 F i g u r a 25 R e p r e s e n t a c i ó n de d e f u z z i f i c a c i ó n y de gráfica de salida
para una c o n d i c i ó n Baja a la salida del sistema usado como
ejemplo 80
F i g u r a 26 V a r i a b l e s difusas y d e f u z z i f i c a c i ó n buscando c o n d i c i ó n
A l t a a la salida del sistema 81
F i g u r a 27 R e p r e s e n t a c i ó n de d e f u z z i f i c a c i ó n y de gráfica de salida para una c o n d i c i ó n A l t a a la salida del sistema 81 F i g u r a 28 D i s p o s i t i v o semiconductor manufacturado en la c o m p a ñ í a
donde se lleva a cabo el estudio 83
F i g u r a 29 D i a g r a m a físico del D i s p o s i t i v o semiconductor antes de su
encapsulamiento p l á s t i c o 84
F i g u r a 30 E j e m p l o del producto final del área de manufactura
( O b l e a s ) donde se propone el desarrollo del sistema experto85 F i g u r a 3 1 D i a g r a m a de Flujo t í p i c o seguido por lotes de Obleas ... 86 F i g u r a 32 A r e a de Obleas en el proceso de m e d i c i ó n de variables de
salida de un proceso 87
Figura 3 3 C o l o c a c i ó n de lotes de obleas en posicionadores
a u t o m á t i c o s 88
F i g u r a 34 R e p r e s e n t a c i ó n gráfica de una receta y perfil de
temperatura usado en el proceso de difusión 89 F i g u r a 35 S e c c i ó n transversal simplificada de un horno de difusión 89 F i g u r a 36 Floja de c á l c u l o usado para evaluar el inventario para cada
uno de los hornos de difusión por tipo de receta 90 F i g u r a 37 S o l u c i ó n parcial y poco d i n á m i c a para la p r o g r a m a c i ó n de
p r o d u c c i ó n usando P r o g r a m a c i ó n Lineal 91 F i g u r a 38 E s q u e m a de V a r i a b l e s y su R e l a c i ó n 94 F i g u r a 39 M o d e l o gráfico del Sistema E x p e r t o con L ó g i c a Difusa
para la p r o g r a m a c i ó n de lotes en hornos de difusión 95 F i g u r a 40 F u n c i o n e s de Pertenencia para D u r a c i ó n y Frecuencia de
F i g u r a 41 F u n c i o n e s de Pertenencia para A p r o v e c h a m i e n t o y C a l i d a d
de R e c e t a 97
F i g u r a 42 V a r i a b l e de entrada de Espera y de D e f u z z i f i c a c i ó n de S a l i d a d (Orden de P r o c e s a m i e n t o ) 102 F i g u r a 43 P r i m e r e v a l u a c i ó n g r á f i c a del modelo buscando una
c o n d i c i ó n de B A J A (mejor p r i o r i d a d de procesamiento)... 103 F i g u r a 44 E v a l u a c i ó n gráfica del modelo buscando una c o n d i c i ó n de
A L T A ( p r i o r i d a d baja de procesamiento) 104 F i g u r a 45 A n á l i s i s g r á f i c o y contra el tiempo haciendo uso de
registros generados por el programa 105
C A P Í T U L O 1 INTRODUCCIÓN
1.1 Descripción del Problema
E l presente trabajo se desarrolla dentro de un ambiente de manufactura de alta c o m p e t e n c i a . E n tales ambientes, es de vital i m p o r t a n c i a la t r a d u c c i ó n de los r e q u i s i t o s descritos en la P l a n e a c i ó n de la p r o d u c c i ó n a la
P r o g r a m a c i ó n misma de los lotes de material a ser procesado dentro de ciertos e q u i p o s . A d e m á s , las condiciones que se presentan en ambientes de manufactura distan m u c h o de las propuestas a c a d é m i c a s c l á s i c a s como p r o g r a m a c i ó n lineal por ejemplo. Regularmente, las situaciones que se presentan c o t i d i a n a m e n t e son d i n á m i c a s y requieren de tomas de decisiones o p o r t u n a s por parte del experto del á r e a o supervisor de p r o d u c c i ó n .
Para s o l u c i o n a r el problema planteado, se buscaron alternativas
n o v e d o s a s . Se i n t e n t ó simplificar y estandarizar el proceso por medio Bases de D a t o s ; c o n t r o l a r el inventario y el procesamiento usando macros dentro de hojas de c á l c u l o y finalmente se b u s c ó la a p l i c a c i ó n de L ó g i c a Difusa para la t o m a de d e c i s i o n e s . L a decisión de buscar una s o l u c i ó n dentro de esta nueva á r e a de c o n o c i m i e n t o se d e b i ó a la facilidad de la misma de modelar c r i t e r i o s y decisiones humanas en base a reglas l i n g ü í s t i c a s .
E l resultado fue la g e n e r a c i ó n del n ú c l e o de un sistema experto que puede l o g r a r el ordenamiento por prioridades del uso de los equipos de p r o d u c c i ó n considerando las c o n d i c i o n e s actuales de los mismos y del i n v e n t a r i o a ser procesado.
1.2 Contexto del Problema
Esta é p o c a ha sido influenciada fuertemente por la a p a r i c i ó n de las c o m p u t a d o r a s , m á q u i n a s que han permitido al ser humano automatizar el
mundo que le rodea. Sin embargo, a pesar de los adelantos alcanzados con el uso de computadoras y el d e s a r r o l l o mismo de equipo de c ó m p u t o m á s
r á p i d o s y c o n mayor c a p a c i d a d , el hacer que estos equipo generen patrones de r a z o n a m i e n t o parecidos al humano no se ha logrado en forma integral.
A l g o tan s i m p l e para el humano c o m o distinguir entre una persona alta o baja, delgada u obesa, etc o tener la habilidad de presionar el freno de un a u t o m ó v i l con la p r e c i s i ó n y destreza necesarias para no lastimarse cada vez que se busca detener el auto o aminorar la velocidad es casi imposible para la c o m p u t a d o r a m á s v e l o z .
A u n a pesar de que una inquietud seria proviene de trabajos de principio de s i g l o , fué hasta 1965 que no se h a b í a logrado definir una estructura formal para trabajar con razonamientos humanos en forma m a t e m á t i c a . E n ese a ñ o , fué que L o t f i A . Zadeh por primera vez l a n z ó a la l u z p ú b l i c a sus recientemente generados conceptos de T e o r í a de Conjuntos Difusos (Fuzzy Se/.s) y L ó g i c a Difusa (Fuzzy Logic). E n resumen, estos conceptos pueden v i s u a l i z a r s e c o m o las T e o r í a s M a t e m á t i c a s Formales para la r e p r e s e n t a c i ó n de la I N C E R T I D U M B R E , la cual es esencial para la a d m i n i s t r a c i ó n de sistemas en el mundo real dado a la habilidad de la mente humana para resumir datos y enfocarse sobre i n f o r m a c i ó n relevante en la toma de decisiones.
Es i m p o r t a n t e notar que el t é r m i n o L ó g i c a Difusa es usado en dos diferentes sentidos. E n su sentido m á s r e d u c i d o , L ó g i c a Difusa es s ó l o una s u b d i v i s i ó n de la T e o r í a de Conjuntos Difusos. Esta T e o r í a fué creada por Z a d e h c o n la Finalidad de representar de manera formal nociones cotidianas tales c o m o el conjunto de "personas altas". Por supuesto, este conjunto es definido en forma vaga y las personas s e r á n miembros de este conjunto en mayor o m e n o r medida y en base a sus c a r a c t e r í s t i c a s físicas dentro del marco referencial q u é sea usado. C o m o ejemplo, se puede ilustrar el hecho
de que una persona que mide 1.90mts p e r t e n e c e r á a este conjunto en mayor grado que una persona que mida 1.70mts L ó g i c a difusa en este sentido r e d u c i d o trata en forma natural con la r e p r e s e n t a c i ó n e inferencia de
c o n o c i m i e n t o s incierto o de f o r m u l a c i ó n vaga, en forma ' s i m i l a r ' a como la L ó g i c a t r a d i c i o n a l trabaja con el c o n o c i m i e n t o estricto que s ó l o permite enunciados verdaderos o falsos E n a ñ o s recientes, sin embargo, el t é r m i n o de L ó g i c a Difusa se ha comenzado a usar en forma m á s c o m ú n con una
c o n n o t a c i ó n m u c h o m á s amplia, haciendo desaparecer las diferencias entre la T e o r í a de C o n j u n t o s Difusos y la L ó g i c a Difusa misma.
L ó g i c a Difusa no es precisamente la ' p i e d r a filosofal' que a y u d a r á a resolver t o d o s los problemas que enfrentamos diariamente. Sin embargo, ésta tiene un p o t e n c i a l considerable en aplicaciones p r á c t i c a s .
Las a p l i c a c i o n e s de las t é c n i c a s difusas se dividen en dos ramas p r i n c i p a l e s : a p l i c a c i o n e s de control difuso y sistemas expertos. E n la p r i m e r a , su c o m p l e j i d a d es relativamente m á s reducida t í p i c a m e n t e pero g o z a n de una muy buena efectividad en sistemas basados en reglas difusas.
E j e m p l o s de sus aplicaciones son : sistemas de autoenfoque en c á m a r a s f o t o g r á f i c a s , c o n t r o l en lavadoras a u t o m á t i c a s de ropa, transmisiones
a u t o m á t i c a s en v e h í c u l o s y c o n t r o l de transportes s u b t e r r á n e o s modernos. Su alta e f e c t i v i d a d se basa fuertemente en el uso de sensores y transductores.
L a segunda c a t e g o r í a consiste de sistemas m á s complejos. Estos
regularmente e s t á n orientados a ayudar e inclusive en ocasiones reemplazar a un humano experimentado en cierta área del conocimiento. Tales aplicaciones
se ejemplifican por sistemas a u t o m á t i c o s de diagnostico m é d i c o , sistemas para la s e l e c c i ó n de p o r t a f o l i o s de i n v e r s i ó n , sistemas de c o n t r o l de t r á f i c o terrestre, sistemas expertos difusos y sistemas de p r o g r a m a c i ó n de s e r v i c i o s ( p r o d u c c i ó n ) difusos
L o s sistemas de p r o g r a m a c i ó n de eventos en particular, son de
significativa i m p o r t a n c i a en la manufactura pues en muchas ocasiones es muy difícil encontrar las situaciones ideales planteadas por la p r o g r a m a c i ó n lineal o el c o n t r o l de i n v e n t a r i o s En la vida cotidiana, las decisiones se tienen que tomar en sistemas de manufactura flexibles e inciertos, donde la
d i s p o n i b i l i d a d de los equipos no tiene asociada una certeza absoluta y las p r i o r i d a d e s de p r o d u c c i ó n pueden cambiar abruptamente.
D e m o s t r a r , finalmente, que herramientas novedosas como Sistemas E x p e r t o s basados en L ó g i c a Difusa pueden apoyar la p r o g r a m a c i ó n de la p r o d u c c i ó n en una forma m á s flexible es la finalidad del presente trabajo.
1.2.1 Importancia operativa de un sistema de producción
E l sistema de p r o d u c c i ó n , que incluye el aspecto de p l a n e a c i ó n y c o n t r o l de la m i s m a , se encuentra en la parte central de la maquinaria global de una empresa. ' C o m o vemos en la figura siguiente, el sistema de p r o d u c c i ó n es la parte t r a n s f o r m a d o r a de insumos en productos terminados esperados por el cliente.
Figura 1 Modelo simple de una Empresa y sus Funciones Estratégicas.
El sistema de p r o d u c c i ó n a p o y a r á las estrategias c o r p o r a t i v a s de la
empresa, l o g r a n d o que el producto salga a tiempo, m á s r á p i d o , con la mezcla adecuada de p r o d u c t o , etc. N o debemos olvidar que t a m b i é n la empresa será forzada a seguir los dictados del mercado en donde compite habitualmente.
El sistema global, como tal, genera la i n f o r m a c i ó n para administrar eficientemente las m á q u i n a s / h e r r a m i e n t a s de f a b r i c a c i ó n , el personal y el flujo de materia prima. En menor medida c o o r d i n a r á las actividades internas con lo p r o v e e d o r e s (registro de calidad de entrada, etc.) y b u s c a r á
c o m u n i c a r s e con los clientes tanto en forma reactiva, s o l u c i o n a n d o
problemas e s p e c í f i c o s , como en forma proactiva dando soluciones desde el punto de vista de desarrollo de nuevos procesos o productos. Enfatizando un
sistema de p l a n e a c i ó n y c o n t r o l de la p r o d u c c i ó n , no toma decisiones. Son los directivos quienes e f e c t ú a n tales actividades; el sistema p r o p o r c i o n a el soporte para las mismas si é s t e es usado apropiadamente.
Dentro del sistema de p r o d u c c i ó n en general se v i s l u m b r a n tres etapas.
En la primera se genera el plan general de f a b r i c a c i ó n que se establece en t é r m i n o s de la p r o d u c c i ó n necesaria como a r t í c u l o s terminados u opciones de p r o d u c t o y que viene dictada directamente de las necesidades externas de ventas, c o n d i c i o n e s del mercado y las estrategias c o r p o r a t i v a s . L a segunda fase es efectuar la p l a n i f i c a c i ó n detallada de los requerimientos de materiales y capacidad para apoyar los planes generales. L a tercera y ú l t i m a fase del sistema es ejecutar esos planes en el taller, línea de p r o d u c c i ó n y en a d q u i s i c i ó n y abastecimiento de materia prima necesaria.
A t r a v é s de los a ñ o s , se ha visto la necesidad de mejorar el c o n o c i m i e n t o del sistema de p r o d u c c i ó n debido a diferentes factores, entre los cuales se pueden listar la alta competencia de los mercados, las nuevas t é c n i c a s de o p e r a c i ó n y sistemas de c o n t r o l , y que el hecho de que el c o n o c i m i e n t o de todas las herramientas usadas para la a d m i n i s t r a c i ó n de las operaciones es tan útil para empresas manufactureras como de servicio.
F i n a l m e n t e , se pueden listar los aspectos negativos observados cuando los sistemas de p l a n e a c i ó n y c o n t r o l de la p r o d u c c i ó n no son usados adecuadamente. Aquellas c o m p a ñ í a s con sistemas de p r o g r a m a c i ó n con problemas se caracterizan por un deficiente servicio al cliente, inventarios excesivos, inapropiada u t i l i z a c i ó n del equipo o mal manejo de los
trabajadores, grandes cantidades de piezas obsoletas, y gran n ú m e r o de despachadores que se dedican a resolver emergencias.
1.2.2 Perspectiva económica, tecnológica y problemática de los sistemas modernos de producción. Caso México
M é x i c o no se ha caracterizado por ser un líder t e c n o l ó g i c o ; sin embargo, debido a las circunstancias h i s t ó r i c a s en las que se ha encontrado desde la c o l o n i z a c i ó n , ha estado muy ligado con los avances t e c n o l ó g i c o s observados en cada siglo de la historia. De esta forma, se puede comenzar mencionando que la industria azucarera comienza en la colonia con un ingenio fundado por el mismo H e r n á n C o r t e z en 1524. G r a c i a s a los i n d í g e n a s m e x i c a n o s , se aportaron colores naturales en la e l a b o r a c i ó n de las telas durante el primer siglo de c o l o n i z a c i ó n . E l primer servicio ferroviario en l a t i n o a m e r i c a se p r o p o r c i o n ó en 1850 de V e r a c r u z a E l M o l i n o . Por esas mismas fechas los trapiches azucareros se mecanizaron haciendo uso de las primeras m á q u i n a s de vapor industriales en M é x i c o . De 1887 a 1910 se instalaron 63 plantas generadoras de e l e c t r i c i d a d .
E n esta é p o c a ( 1 8 9 0 - 1 9 1 5 ) , y c o m o contexto h i s t ó r i c o , F r e d e r i c k W i s l o w T a y l o r quien se ha considerado el padre de la a d m i n i s t r a c i ó n científica
d e s a r r o l l o sus trabajos sobre m é t o d o s productivos c i e n t í f i c o s para la manufactura.
Entre las d é c a d a s de los 30's y los 70's, las industrias q u í m i c a y p e t r o q u í m i c a tienen su auge m á s importante en M é x i c o .
En M a y o de 1965, nuestro país abre sus fronteras nuevamente a industrias extranjeras a t r a v é s del Programa de I n d u s t r i a l i z a c i ó n de la Frontera 2 y que se expande a todo el país en 1972. Estas c o m p a ñ í a s
c o n o c i d a s c o m o M a q u i l a d o r a s , no solo han significado i n v e r s i ó n y necesidad de mano de obra calificada ; t a m b i é n han t r a í d o consigo t e c n o l o g í a s nuevas y sistemas de manufactura y p r o d u c c i ó n de alta c o m p e t i t i v i d a d . R e c o n o c i d a s c o m p a ñ í a s americanas como General M o t o r s , D e l c o E l e c t r o n i c s , Sharp,
Z e n i t h , M o t o r o l a , K o d a k , I B M , Hewlett P a c k a r d , etc. han t r a í d o con sigo las t e c n o l o g í a s m á s modernas así como sistemas de manufactura de nivel
m u n d i a l . N i que decir de Nissan, N E C , S O N Y y H o n d a de J a p ó n que sin duda han expresado sus expectativas culturales de trabajo en equipo a sus empleados. F i n a l m e n t e , en los ú l t i m o s a ñ o s , se han agregado a la lista empresas muy agresivas de C o r e a , A l e m a n i a y T a i w a n ; solo por mencionar algunas.
1.3 Objetivo de la Investigación
El o b j e t i v o del presente trabajo es el demostrar la utilidad de Sistemas E x p e r t o s en la toma de decisiones para el control de manufactura dentro de ambientes donde la disponibilidad de los equipos puede variar y las
p r i o r i d a d e s sobre la p r o d u c c i ó n de determinados productos se vea m o d i f i c a d a en forma d r á s t i c a .
1.4 Alcances y Limitaciones
En t é r m i n o s de Sistemas E x p e r t o s y en base a lo aprendido durante el desarrollo del presente trabajo, el alcance se limita a la e l a b o r a c i ó n de un p r o t o t i p o r e d u c i d o que de pie a la prueba de concepto sobre el uso de Sistemas E x p e r t o s , la a d q u i s i c i ó n de e x p e r i e n c i a / c o n o c i m i e n t o usando L ó g i c a Difusa y Conjuntos Difusos para la d e t e r m i n a c i ó n de las reglas.
C o m o resultado del presente trabajo se detalla en los ú l t i m o s c a p í t u l o s el d i s e ñ a d o generado para dar s o l u c i ó n al problema, así como la forma en la que se modela usando herramientas computacionales de p r o g r a m a c i ó n difusa de reciente c r e a c i ó n y c o m e r c i a l i z a c i ó n .
D e b i d o contar solo con el programa de d e m o s t r a c i ó n , la l i m i t a c i ó n se presenta en el no tener la capacidad de salvar el modelo sugerido , así como el no poder generar el c ó d i g o en lenguaje computacional que se pueda incluir en sistemas de m á s alto nivel. De ser posible esto ú l t i m o , el sistema se
e n c o n t r a r í a c o m p l e t o pudiendo integrar las entradas de inventarios, tiempo de espera de lotes y disponibilidad de hornos en tiempo real con datos provenientes de los sistemas de alto nivel usados dentro del ambiente de manufactura.
1.5 Beneficios Potenciales de la Investigación
L o s b e n e f i c i o s esperados de la i n v e s t i g a c i ó n son los siguientes:
• R e d u c i r la dependencia en la toma de decisiones a personas expertas en el manejo de la p r o d u c c i ó n en una cierta línea.
• R e d u c i r el tiempo de c i c l o dentro de la toma de decisiones.
• D e m o s t r a r a la a d m i n i s t r a c i ó n que existen herramientas nuevas que deben c o n s i d e r a r s e para el c o n t r o l y mejora de los procesos.
1.6 Organización de la Tesis
El presente y primer c a p í t u l o describe el problema en forma general. De la misma forma muestra el contexto en donde se lleva a cabo la
i n v e s t i g a c i ó n , así c o m o la d e s c r i p c i ó n de los objetivos, alcances y l i m i t a c i o n e s de la tesis misma.
P o s t e r i o r m e n t e , en el c a p í t u l o dos se describen las estrategias, sistemas y herramientas desarrolladas y usadas en el presente siglo. Se incluye de buena manera herramientas nuevas y ú t i l e s c o m o los Sistemas E x p e r t o s dentro del á r e a de Inteligencia A r t i f i c i a l .
E n el tercer c a p í t u l o se describe a detalle pero en forma simple la l ó g i c a , conjuntos y n ú m e r o s difusos. T a m b i é n se describe en forma t e ó r i c a y
aplicada cuales s e r í a n los pasos para desarrollar un sistema experto haciendo uso de la l ó g i c a difusa.
En el c a p í t u l o n ú m e r o cuatro se describe a detalle la naturaleza del p r o b l e m a , el á r e a de p r o d u c c i ó n donde se desarrolla el trabajo, las
s o l u c i o n e s alternativas planteadas para terminar con la s o l u c i ó n encontrada h a c i e n d o uso de la l ó g i c a difusa y del programa computacional para modelar el sistema d i s e ñ a d o para el problema bajo estudio.
F i n a l m e n t e en el quinto y ú l t i m o c a p í t u l o , se mencionan las conclusiones del trabajo, así c o m o las actividades futuras propuestas en base al presente trabajo y sus resultados
C A P I T U L O 2
R E V I S I O N DF, L A L I T E R A T U R A
2.1 Análisis de Objetivos y Misión de la Empresa
Dentro de la Empresa donde se desarrolla el presente trabajo, M o t o r o l a de M é x i c o , la m i s i ó n ha sido proveer a los clientes productos que se
distingan por su c a l i d a d , tiempo de entrega y costo c o m p e t i t i v o .
E s t o se ha buscado llevarlo a cabo con el esfuerzo conjunto de todas las personas, usando los mejores m é t o d o s de manufactura y con un ritmo
acelerado de mejora continua.
El presente trabajo busca apoyar esta m i s i ó n y el objetivo Fijado de hacer uso de los m é t o d o s modernos de manufactura. Actualmente, y debido a que la c o m p a ñ í a busca mantenerse a la vanguardia t e c n o l ó g i c a , en M o t o r o l a se usan sistemas c o m p u t a c i o n a l e s modernos como Oracle, L o t u s N o t e s , Bases de D a t o s dentro de Redes M u n d i a l e s (Internet / Intranet), soporte
computar i z a d o a la manufactura ( C I M ) . Y debido a los requerimientos del mercado y su b ú s q u e d a de mejorar sus sistemas de calidad, t a m b i é n sigue e s t á n d a r e s internacionales como 1SO9000 y ú l t i m a m e n t e Q S 9 0 0 0 por ser p r o v e e d o r d i r e c t o de la Industria A u t o m o t r i z .
E l uso de Sistemas Expertos dentro de los sistema actuales es muy p o s i b l e , lo importante es demostrar que se pueden desarrollar, generar los c ó d i g o s o programas necesarios, integrarlos a las bases de datos usadas para la toma de decisiones y observar los resultados
2.2 Estrategias de Manufactura de Clase Mundial.
2.2.1 Definiciones, Objetivo, Ventajas y Compromisos
Se define c o m o estrategia al conjunto de p o l í t i c a s por las cuales se dirige
" M a n u f a c t u r i n g - M i s s i n g link in C o r p o r a t e Strategy," H a r v a r d Business R e v i e w 4 7 , no. 3 ( M a y - J u n e 1969), p. 193.] 1 .
Las estrategias de una empresa deben reflejar en forma clara y consistente a t r a v é s de estas p o l í t i c a s , los objetivos alcanzables dentro de cada una de sus operaciones. Estas estrategias deben estar fundamentadas en las
fortalezas y debilidades de la c o m p a ñ í a , así como en las amenazas y
oportunidades observables en el exterior. E n base a lo anterior, los dirigentes de la c o m p a ñ í a d e b e r á n considerar las prioridades sobre las cuales se d e b e r á n trabajar en el futuro. E n forma general las estrategias deben ser definidas para llevarse a cabo en periodos de tiempo largos pues tienen involucradas muchas actividades de por medio para las cuales t a m b i é n se deben observar los resultados y medir sus avances.
U n aspecto clave en el seguimiento de las estrategias siempre será la t r a d u c c i ó n de las p o l í t i c a s de la empresa a cada una de las operaciones, a c t i v i d a d e s , trabajos y responsabilidades de la c o m p a ñ í a .
E n las secciones siguientes se m e n c i o n a r á n las principales estrategias de manufactura desarrolladas y usadas en los ú l t i m o s a ñ o s .
2.2.2 JIT : Antecedentes, Definiciones y Objetivos
L o s o r í g e n e s del Justo a Tiempo ' (Jnsl in Time) se remontan a la primera mitad de este siglo por idea de K i i c h i r o T o y o d a quien fuera el primer
presidente de la c o m p a ñ í a T o y o t a M o t o r C o o r p o r a t i o n en el a ñ o de 1938. E l sistema se c o m e n z a b a a i n s t i t u c i o n a l i z a r cuando sobrevino la Segunda G u e r r a M u n d i a l y la c o m p a ñ í a se vio c o m p r o m e t i d a a fabricar carros para la milicia japonesa. Desafortunadamente las necesidades de armamento del ejercito
J a p o n é s no p r o p i c i a r o n el f l o r e c i m i e n t o de esta nueva cultura de p r o d u c c i ó n pues mientras que las ó r d e n e s de p r o d u c c i ó n venían de los militares las partes eran provistas desordenadamente por el g o b i e r n o ,
dejando poca oportunidad para el ordenamiento de la p r o d u c c i ó n tal y como lo había a m b i c i o n a d o el s e ñ o r T o y o d a antes de la guerra.
T u v i e r o n que pasar muchos a ñ o s antes de que el sistema Justo a tiempo se pusiera en m a r c h a nuevamente. E l evento disparador y m o t i v a d o r fué
e c o n ó m i c o ; pues en 1973, J a p ó n sufrió una crisis e c o n ó m i c a producto del incremento en el precio de p e t r ó l e o en el mundo. E n la b ú s q u e d a de una mayor p r o d u c t i v i d a d , T a i i c h i O l m o quien en aquel entonces contaba con veinte a ñ o s de experiencia en T o y o t a y se d e s e m p e ñ a b a como Vicepresidente y Gerente G e n e r a l de la Planta, d e c i d i ó continuar la labor de T o y o d a en t é r m i n o s de la u t i l i z a c i ó n del sistema Justo a T i e m p o .
A c t u a l m e n t e , hablar de J1T o Justo a T i e m p o representa muchas cosas que han v e n i d o a enriquecer la filosofía misma. C o m o un ejemplo que el mismo Sr. O l m o expresa, "cuando se habla de K a n b a n , se asocia con Justo a T i e m p o y esto es una mentira pues Kanban es tan solo una parte y una herramienta desarrollada en Toyota para el flujo de p r o d u c c i ó n " (Kanban significa tarjeta).
H a b l a r de Justo a Tiempo, es hablar principalmente de una filosofía que busca en diversas formas la e l i m i n a c i ó n del desperdicio. C o m o ejemplos se
puede m e n c i o n a r el desperdicio en tiempo, inventario, defectos, etc.
Si fuera p o s i b l e definir brevemente los pasos a seguir para poder trabajar con el sistema Justo a T i e m p o , estos los p o d r í a m o s resumir c o m o sigue .
a. D e s a r r o l l a r c í r c u l o s / r e d e s enfocados dentro de la fábrica donde se promueva la e s p e c i a l i z a c i ó n .
b. Crear grupos t e c n o l ó g i c o s c o m o celdas o multioperaciones.
c. B u s c a r la calidad desde la raíz ( J I D O K A ) , no solo desde el punto de vista c i e n t í f i c o / t e c n o l ó g i c o , sino t a m b i é n desde el punto de vista f i l o s ó f i c o / cultural ("detener la p r o d u c c i ó n cuando algo e s t é m a r ' ) . d. P r o d u c c i ó n Justo a T i e m p o , o en otras palabras sistemas de p r o d u c c i ó n
de Jalar {Pulí) en lugar de Empujar (Push).
e. C r e a r planes de carga de trabajo y de planta uniformes.
f. C o n t r o l de la p r o d u c c i ó n con ayudas visuales ( K a n B a n )
g. M i n i m i z a r los tiempos de i n i c i a l i z a c i ó n de equipos, así como los c a m b i o s de herramentales o mantenimientos preventivos.
2.2.3 T Q M , Antecedentes, Definiciones Y Objetivos
T Q M por sus siglas en i n g l é s (Total Ouality Management) significa la A d m i n i s t r a c i ó n T o t a l de la Calidad. C o m o tal, su nombre fué sugerido por p r i m e r a vez por una investigadora del comportamiento o r g a n i z a c i o n a l de la fuerza naval de los Estados U n i d o s , N a n c y Warren 2 a fines de la d é c a d a pasada ( 1 9 8 0 s). A d e m á s de su origen incierto, su definición no se ha e s t i p u l a d o del todo y su futuro no se puede predecir con claridad. L a r a z ó n de todo esto es que, según los expertos, T Q M es un concepto que ha
e v o l u c i o n a d o c o n el tiempo conforme nuevos conceptos, m é t o d o s y herramientas se han ido desarrollando.
E n 1992, dentro de un foro de especialistas, fué definido como :
" . . . u n sistema administrativo enfocado a las personas, que tiene como
finalidad una creciente y continua b ú s q u e d a de la s a t i s f a c c i ó n del cliente y dentro de una b ú s q u e d a de r e d u c c i ó n del costo real. C a l i d a d Total es sistema de enfoque g l o b a l (no una á r e a independiente o programa), y una parte
integral de las estrategias de alto nivel. Trabaja en forma h o r i z o n t a l a t r a v é s de funciones y departamentos, i n v o l u c r a n d o a todos los empleados, y de arriba hacia abajo, a ú n m á s , se extiende para incluir a los proveedores y los clientes... "
Pata los japoneses, con los que se asocia la idea de calidad en la última mitad de este s i g l o , la A d m i n i s t r a c i ó n T o t a l de la Calidad es una e x t e n s i ó n de lo que ellos l l a m a r o n C W Q C por sus siglas en inglés (Company Wide Qualily Control) 4. A l parecer, esta filosofía se nutre de todas las
herramientas de calidad aprendidas por los americanos sumadas a p r á c t i c a s e s t a d í s t i c a s . L a s a s o c i a c i o n e s japonesas que han p r o m o v i d o la calidad en ese p a í s , así c o m o los empresarios consideran que se origina con el gran i m p u l s o de K a o r o I s h i k a w a y sus c o n t e m p o r á n e o s en las d é c a d a s de los 50 s y 60 s 5 . Este c o m i e n z o no s ó l o i n v o l u c r ó la i n g e n i e r í a de los procesos y el c o n t r o l de c a l i d a d . Se b u s c ó un cambio cultural en el J a p ó n que llevó los conceptos de c o n t r o l de calidad desde la ama de casa que escuchaba la radio, pasando por los e m p l e a d o s , los d i s e ñ a d o r e s y terminando por las altas esferas
ejecutivas y gubernamentales que v o l c a r o n sus expectativas de calidad hacia los trabajadores y la sociedad en general
C o m o se menciona anteriormente, las herramientas occidentales se usaron
con detalle en Oriente y en algunos casos se perfeccionaron.
Independientemente de las herramientas ya conocidas de e s t a d í s t i c a y c o n t r o l de procesos, t a m b i é n se sabe que muchas herramientas e s t r a t é g i c a s
desarrolladas por occidentales fueron usadas en forma exitosa por los japoneses 6 . E j e m p l o s de ellas son :
1. A d m i n i s t r a c i ó n C i e n t í f i c a : E n c o n t r a r la mejor forma de hacer el trabajo
2. D i n á m i c a s de G u i p o : Reunir y organizar la potencialidad de trabajo en equipo.
3. E n t r e n a m i e n t o y D e s a r r o l l o : Invertir en capital humano
4. M o t i v a c i ó n hacia el L o g r o : f a s personas logran s a t i s f a c c i ó n de c o m p l e t a r actividades exitosamente.
5. I n v o l u c r a m i e n t o de los E m p l e a d o s : L o s trabajadores deben tener
alguna influencia en la o r g a n i z a c i ó n .
6. Sistemas S o c i o - t é c n i c o s : Las organizaciones trabajan c o m o sistemas abiertos.
7. D e s a r r o l l o de la O r g a n i z a c i ó n : A y u d a a la o r g a n i z a c i ó n a aprender y cambiar.
8. C u l t u r a C o r p o r a t i v a : Creencias, mitos y valores que g u í a n el c o m p o r t a m i e n t o de las personas dentro de la o r g a n i z a c i ó n .
9. N u e v a s T e o r í a s de L i d e r a z g o : Inspirando y dando a otros el poder de d e c i s i ó n en base a sus responsabilidades.
10. O r g a n i z a c i o n e s Intercomunicadas : Creando equipos
tnultidisciplinarios.
11. P l a n e a c i ó n E s t r a t é g i c a : Determinar a donde se debe llevar a una o r g a n i z a c i ó n ... t a m b i é n c u á n d o y c ó m o .
2.2.4 C I M : Antecedentes, Definición Y Objetivos
C o n f o r m e se fue dando la a p a r i c i ó n de las computadoras, se comienza a extender su uso dentro de las empresas y las industrias. C o n mayor
frecuencia se aprecia su necesidad para realizar c á l c u l o s , capturar y procesar i n f o r m a c i ó n ; tomar decisiones ; controlar equipos y ú l t i m a m e n t e inclusive la p r o d u c c i ó n misma por medio de la a u t o m a t i z a c i ó n de los procesos.
C I M o el uso de C o m p u t a d o r a Integrada a la M a n u f a c t u r a es un concepto sumamente a m p l i o que abarca diversas t é c n i c a s de apoyo en diferentes etapas del d e s a r r o l l o de los sistemas de manufactura 7 .
L a s metas c o m ú n m e n t e aceptadas del C I M son :
• S i m p l i f i c a r los procesos de p r o d u c c i ó n , d i s e ñ o s de producto y la o r g a n i z a c i ó n de la f á b r i c a como parte de la i n t e g r a c i ó n y a u t o m a t i z a c i ó n .
• A u t o m a t i z a r procesos de p r o d u c c i ó n y funciones de negocios.
• Integrar los procesos de soporte y p r o d u c c i ó n usando las computadoras y sus redes de i n t e r c o m u n i c a c i ó n .
La figura siguiente, muestra las tres dimensiones principales del C I M . C o m e n z a n d o por las funciones b á s i c a s donde se encuentra i n v o l u c r a d a : I n g e n i e r í a , A d m i n i s t r a c i ó n de la M a n u f a c t u r a y las operaciones de la F á b r i c a .
T a m b i é n contempla los recursos con los que debe contar para su mejor d e s e m p e ñ o y aprovechamiento Finalmente se muestran todas las á r e a s o niveles donde el C 1 M tiene ingerencia directa
F U N C I O N E S
Figura 2 Dimensiones y Elementos de CIM
2.3 Sistemas De Manufactura
2.3.1 Clasificación, productividad y competitividad 2.3.1.1 Clasificación por el producto manufacturado
Si se desea clasificar los sistemas de manufactura, se deben considerar que estos dependen del p r o d u c t o manufacturado, así como de los insumos
usados para l o g r a r l o ; ambos, cambian en forma, t a m a ñ o , peso y a p l i c a c i ó n (cliente) 8 .
De estar forma se puede identificar la primera c l a s i f i c a c i ó n de los sistemas de manufactura basada en el producto que se c o m e r c i a l i c e
Primero se puede encontrar a aquellas c o m p a ñ í a s que se dedican a vender p r o d u c t o s que son por naturaleza hechos o manufacturados a la medida del cliente. C o m o ejemplos tenemos la c o n s t r u c c i ó n de un puente o edificio, un traje hecho a la medida, alguna pieza importante para la industria aeroespacial, etc. Regularmente, estos productos no se pueden encontrar en un c a t á l o g o para ser ordenados en forma inmediata y menos los puede uno hallar en i n v e n t a r i o . D e b i d o a los cambios constantes en requisitos de los diferentes clientes, su manufactura es muy flexible y se asemeja mucho a la de un taller donde cada departamento realiza una o p e r a c i ó n e s p e c i a l i z a d a pero que debe de saber interpretar r á p i d a m e n t e los requerimientos del
p r o d u c t o en forma d i n á m i c a . L a confiabilidad y calidad del p r o d u c t o son de gran i m p o r t a n c i a y tanto el costo de p r o d u c c i ó n como el precio de venta no son tan relevantes dado que usualmente son producidos por especialistas en su ramo que b u s c a r á n en forma e s t r a t é g i c a altos m á r g e n e s de ganancia.
E n el o t r o extremo se tiene a las empresas que manufacturan productos de alto nivel de e s t a n d a r i z a c i ó n . T o d o s estos productos pueden ser
encontrados en c a t á l o g o s y con niveles de inventarios altos debido a sus demandas y constante dinamismo del mercado. Ejemplos son: productores de acero e s t á n d a r , perfiles de a l u m i n i o , a z ú c a r , gasolina, industria química en
general. Regularmente, se o b s e r v a r á que a pesar de que la calidad es
importante para mantenerse en el mercado, sus estrategias internas e s t a r á n orientadas a la entrega del p r o d u c t o al cliente en el tiempo especificado, así como al bajo c o s t o de p r o d u c c i ó n .
En medio de estos extremos podemos encontrar sistemas de manufactura que m e z c l a r a n ambos sistemas g e n é r i c o s de p r o d u c c i ó n . C o m o ejemplos tenemos a los p r o d u c t o r e s de v e h í c u l o s , e l e c t r o d o m é s t i c o s , etc. E n general estas c o m p a ñ í a s manufactureras m a n e j a r á n varios tipos de productos o modelos en forma s i m u l t á n e a , b u s c a r á n tener cierta flexibilidad que les permita r e a l i z a r c a m b i o s de producto en forma r á p i d a o contar con
suficientes recursos para poder llevar a cabo la p r o d u c c i ó n de diferentes modelos al m i s m o t i e m p o . E l costo de p r o d u c c i ó n y su i m p o r t a n c i a
e s t r a t é g i c a s e r á considerable pero t a m b i é n d e b e r á n cuidar los aspectos de d i s t r i b u c i ó n , calidad y mayor dependencia, en función de la c a l i d a d , de decenas hasta de miles de proveedores
2.3.1.2 Clasificación por su política de inventarios y órdenes
T a m b i é n se pueden distinguir dos sistemas: el enfocado a manejo de i n v e n t a r i o y el de ó r d e n e s de p r o d u c t o .
E l sistema enfocado a p r o d u c i r en base a producto almacenado tiene ventajas de d i s p o n i b i l i d a d por parte del cliente y é s t e puede opinar que se le da un mejor s e r v i c i o , pues siempre existirá capacidad de entrega. Por lo mismo se tiende a incrementar el nivel de mercado pues el á r e a de
mercadotecnia no se encuentra limitada por la capacidad de p r o d u c c i ó n a corto plazo. Finalmente, se ha observado que usando estos sistemas, se reduce la v a r i a b i l i d a d de los costos de p r o d u c c i ó n
Por su parte, el sistema de ó r d e n e s de producto tiene que estar m á s al pendiente de las necesidades del cliente y por lo mismo debe contar con un d i s e ñ o de p r o d u c t o y de manufactura que permita una mayor flexibilidad.
A d e m á s cuenta c o n un mejor c o n t r o l de la calidad pues m i n i m i z a el riesgo que acarrea el manejo de inventarios cuando se tiene un problema con el p r o d u c t o y que é s t e no fué detectado al salir de la línea de p r o d u c c i ó n .
A l igual que con los sistemas tratados anteriormente, existen muy
diversas empresas que trabajan con sistemas mixtos de o p e r a c i ó n . F n forma resumida, p o d e m o s apreciar en la siguiente figura ejemplos para cada una las empresas en base a lo e x p l i c a d o anteriormente.
Tipos de Sistemas de Manufactura Enfoque
A Producto
A Inventario
• Copiadoras de Oficina
• Equipos de T V
• Calculadoras
• Cámaras
• Gasolina
A Ordenes
• Construcción de Equipo
• Camiones
• Textiles
• Cables
• Componentes Electrónicos)
A Procesos
• Instrumentos Médicos
• Equipos de Prueba
• Refacciones
• Algunos partes metálicas
• Partes plásticas moldedas
• Máquinas Herramientas
• Barcos / Aviones
• Componentes Electrónicos)
• Armamento Secreto
• Proyectos de Construcción Figura 3 Clasificación de Sistemas de Manufactura
2.3.2 Sistemas de producción y operaciones de manufactura
Hasta el m o m e n t o se han descrito los sistemas de manufactura m á s f á c i l m e n t e i d e n t i f i c a b l e s dentro de cualquier empresa. Aquí hay que
considerar que en todas las c o m p a ñ í a s , e x i s t i r á n tres grandes á r e a s vitales : Finanzas, M e r c a d o t e c n i a y Operaciones.
O p e r a c i o n e s a su vez está relacionada con los recursos directos para la p r o d u c c i ó n y que son : Personas, Plantas de M a n u f a c t u r a , Partes, P r o c e s o s , P l a n e a c i ó n y C o n t r o l de la p r o d u c c i ó n .
2.3.3 Funciones de los procesos de manufactura
Las funciones principales dentro de los procesos de manufactura son las
de enlace entre los procesos que realizan la t r a n s f o r m a c i ó n (equipos, herramientas, maquinas, operadores, proveedores de s e r v i c i o , etc.) y los restantes sistemas de la empresa como Personal, M e r c a d o t e c n i a . D e s a r r o l l o de N u e v o s P r o d u c t o s , Finanzas, C a l i d a d e inclusive con el Cliente mismo 1 .
2.3.4 Recursos Humanos
Desde hace muchos a ñ o s se ha considerado la importancia de los recursos humanos dentro de la c o m p a ñ í a Desde los a ñ o s 30's con los experimentos del D r . E l t o n M a y o , se d e m o s t r ó como la eficiencia del trabajador se
relacionaba directamente con el ambiente propicio para el trabajo. L o s japoneses han demostrado al mundo la importancia de i n v o l u c r a r al personal con los problemas y las soluciones dentro y fuera de las á r e a s de manufactura ( c í r c u l o s de c a l i d a d ) . C o m p a ñ í a s de servicio han hecho del entrenamiento a sus empleados una arma c o m p e t i t i v a
2.4 Sistemas de Producción
2.4.1 Antecedentes, definiciones y objetivos
D e s d e los trabajos artesanales, pasando por la r e v o l u c i ó n i n d u s t r i a l , los primeros trabajos en l í n e a s de p r o d u c c i ó n integrada y llegando hasta nuestros días ; se ha apreciado una marcada e v o l u c i ó n en los sistemas de p r o d u c c i ó n .
A c t u a l m e n t e , estos sistemas se pueden clasificar en cuatro tipos b á s i c o s : Sistemas de P r o d u c c i ó n C o n t i n u a , Intermitente, por Proyecto y los Sistemas de Inventario P u r o 1 0 .
La p r o d u c c i ó n continua i n v o l u c r a pocos productos y muy parecidos en
grandes cantidades. T í p i c a m e n t e , las instalaciones se encuentran arregladas de acuerdo al flujo de los p r o d u c t o s .
Los sistemas intermitentes son aquellos donde se deben producir una gran cantidad de diferentes a r t í c u l o s L o s procesos o líneas de manufactura deben cambiar frecuentemente de un p r o d u c t o a otro.
Los p r o y e c t o s involucran esfuerzos que serán reunidos de manera poco frecuente o solamente por una o c a s i ó n . Proyectos de c o n s t r u c c i ó n o
i n v e s t i g a c i ó n son ejemplos de ellos.
Finalmente, los sistemas de inventario puro aplican principalmente a empresas generadoras de servicios donde solo se manejan inventarios sin tener la necesidad de p r o d u c i r ninguno de los a r t í c u l o s que c o m e r c i a l i z a .
2.4.2 Estructura y modelos de operación
D e n t r o de la estructura de la p r o d u c c i ó n se deben considerar los aspectos físicos de e q u i p o , herramientas y mano de obra, así como los elementos de d e c i s i ó n c o m o son demandas, l i m i t a c i o n e s de p r o d u c c i ó n (equipos c a í d o s , limitaciones de un p r o d u c t o en particular, etc), inventarios actuales, cantidad de recursos humanos, etc
Para hacer uso eficiente de todos los recursos e i n f o r m a c i ó n disponible en los ambientes de manufactura, se puede visualizar toda la i n f o r m a c i ó n a t r a v é s de m o d e l o s de o p e r a c i ó n .
2.4.3 Requerimientos de diseño, implantación y mantenimiento
Los sistemas de p r o d u c c i ó n deben ser d i s e ñ a d o s al mismo tiempo que se diseña el p r o d u c t o a ser fabricado. Afortunadamente, cada vez con mayor frecuencia se busca en la industria que las dos funciones ( I n g e n i e r í a de
diseño y manufactura) trabajen juntas para evitar problemas de c o o r d i n a c i ó n , costos y calidad que son vistos en productos maduros en donde no se
tomaron en cuenta a todas las partes involucradas. Inclusive en nuestros días, e s t á n d a r e s internacionales como Q S 9 0 0 0 , requieren que la gerencia sea la p r o m o t o r a del trabajo en equipo de estas partes y que se sigan plataformas de d i s e ñ o , así c o m o de a d m i n i s t r a c i ó n de proyectos.
A c t i v i d a d e s que deben tomarse en cuenta 1 1 por parte de los d i s e ñ a d o r e s junto con el equipo de trabajo de manufactura para definir con mejor
p r e c i s i ó n los requisitos de p r o d u c c i ó n son los siguientes :
• D e s a r r o l l a r diagramas de c o n s t r u c c i ó n del producto.
• E l a b o r a r diagramas del Proceso
• D e t e r m i n a c i ó n de los riesgos de las substancias q u í m i c a s o procesos.
• G e n e r a r Cartas de O p e r a c i ó n donde se detalle cada paso del embalaje.
• D e t e r m i n a r los tiempos y los movimientos para el ensamble de partes
• D e t e r m i n a r los equipos de m e d i c i ó n para la toma de decisiones.
• E s p e c i f i c a r los controles adecuados en los procesos.
• Saber de antemano los problemas que el cliente ha sufrido en el pasado.
El modelar y simular el sistema de manufactura es una herramienta poderosa para imitar la o p e r a c i ó n o proceso a t r a v é s del tiempo. E l m o d e l o usado regularmente es un conjunto de consideraciones importantes del proceso real, en muchas ocasiones t a m b i é n se asumen o simplifican detalles para no crear un modelo muy c o m p l i c a d o 1 2 . Desafortunadamente la
simplificación t a m b i é n se puede deber a la capacidad o las limitaciones del análisis ; a ú n en sistemas computacionales d i s e ñ a d o s especialmente para el diseño de procesos de manufactura no todas las consideraciones reales se pueden tomar en cuenta.
Sin duda lo m á s importante del proceso de modelado y s i m u l a c i ó n es el uso que se le de para determinar las consecuencias " s i m u l a d a s " en muy diversos cambios de escenarios dentro del sistema bajo estudio, donde la pregunta t í p i c a es " ¿ Q u é s u c e d e r í a s i . . .,"
La herramienta puede inclusive ser usada aún antes de que la línea de manufactura exista y dentro de las etapas de d i s e ñ o .
2.5 Producción Justo a Tiempo
2.5.1 Definición, propósito, ventajas y compromisos
C o m o se ha visto anteriormente, las definiciones m á s populares consideran al JIT como un enfoque para minimizar el desperdicio de
fabricación, donde el desperdicio se puede dividir en desperdicio en tiempo, energía, materiales y errores. A l mismo tiempo se visualiza al JIT como la
filosofía c o m p l e t a para llegar a obtener cero inventarios, cero transacciones y cero " p e r t u r b a c i o n e s " (es decir, perturbaciones a los procesos, c o m o malos funcionamientos, equipos c a í d o s , etc.). T a m b i é n se debe considerar al JIT c o m o el conjunto de t é c n i c a s usadas para llegar a los objetivos mencionados anteriormente.
2.5.2 Calidad y sistemas de producción JIT
C o m o parte de la mejora observada de la calidad y sobre los sistemas de p r o d u c c i ó n se encuentra la r e d u c c i ó n marcada en la c o m p l e j i d a d de la
p l a n e a c i ó n detallada de los materiales, la necesidad del seguimiento al taller y la r e d u c c i ó n de los inventarios de trabajo en proceso. Las transacciones asociadas con los sistemas de taller y compras se simplifican. De la misma forma los esquemas de manufactura buscados por el JIT permiten una mayor r e t r o a l i m e n t a c i ó n a los procesos y dentro de las líneas de p r o d u c c i ó n c o m o se v e r á detallado en los siguientes p á r r a f o s .
2.5.3 Modelo de producción JIT 2.3.3.1 Elementos :
a) R e d u c c i ó n del tiempo de ajuste por parte de p r o d u c c i ó n para cada c a m b i o de p r o d u c t o . Tendencia hacia t a m a ñ o s de lote m á s p e q u e ñ o s . A s p e c t o s importantes para el desarrollo de esto procesos son el T P M y P o k a Y o k e .
b) O p e r a c i ó n a prueba de errores
