Flow Shop Archivos - Gestión de Operaciones

Estrategias de Procesos

En términos simples un proceso productivo consiste en una parte de una organización que toma insumos y los transforma en productos. Por cierto se espera que el valor de dichos productos sea mayor en comparación al valor de los insumos originales. En nuestro sitio en la categoría de Procesos, hemos dedicado un importante número de artículos que abordan el estudio de estos procesos de transformación desde una perspectiva tanto cuantitativa como cualitativa.

En esta oportunidad discutiremos las características principales de las estrategias de procesos y las clasificaciones frecuentemente aceptadas en la bibliografía de la Gestión de Operaciones que permite orientar el análisis estratégico de una empresa.

En primer lugar es importante destacar que las estrategias de procesos siguen un continuo y es perfectamente posible encontrar dentro de una compañía varias estrategias aplicadas de forma simultanea. Luego, las estrategias de procesos se clasifican básicamente en:

Estrategia Orientada al Proceso

Esta corresponde a la configuración típica de talleres de trabajo conocidos también como Job Shop. Los distintos departamentos se organizan por proceso, agrupando aquellos que son similares. Se caracterizan por un volumen de producción relativamente bajo, no obstante tienen la flexibilidad para ofrecer una gran variedad de productos.

El siguiente diagrama representa un caso típico de la organización de un sistema productivo orientado al proceso, donde los productos siguen distintas rutas.

Ventajas

– Mayor flexibilidad de productos
– Equipamiento de propósito más general
– Baja inversión inicial

Desventajas

– Personal altamente entrenado
– Planificación y control de la producción mas complicado
– Baja utilización de equipamiento (en términos empíricos en un rango entre el 5% y el 25%)

Estrategia de Enfoque Repetitivo

En este caso la planta de producción se organiza como una línea de producción. Una representación esquemática de lo anterior se detalla en el siguiente diagrama donde el producto va desde la estación A hasta la estación C pasando por una secuencia de tareas determinadas por los requerimientos de ensamble del producto.

El proceso de ensamblaje de una moto como el que se muestra en la siguiente imagen corresponde a un esquema de producción que utiliza la estrategia de enfoque repetitivo. Esto se conoce alternativamente como un proceso tipo Flow Shop.

Estrategia Orientada al Producto

En este caso se observa un flujo continuo donde la planta de producción es organizada por producto. Se caracteriza adicionalmente por ser altamente automatizado y suele operar las 24 horas del día para evitar cierres y costos de arranque (setup) costosos.

Ventajas

– Bajo costo variable unitario
– Personal no tan competente, más especializado
– Fácil planificación y control de la producción
– Alta utilización de equipamiento (empíricamente entre el 70% y el 90%)

Desventajas

– Baja flexibilidad de productos
– Equipamiento más especializado
– Generalmente altas inversiones

Ejemplos típicos asociados a un proceso con un flujo continuo son aquellos vinculados a las actividades productivas del sector minero:

Las principales características de los enfoques de procesos presentados se pueden consolidar a modo de resumen en una tabla, lo cual facilita el análisis comparativo.

En este mismo contexto se puede construir una Matriz de Proceso que en un eje de coordenadas que representa volúmenes de producción y variedad de productos, ayuda a identificar distintas estrategias.

Por ejemplo, una estrategia que se caracterice por un bajo volumen de producción y baja variedad de producto esta condenada al fracaso al enfrentar costos variables altos que no resultan ser competitivos.

En contraste alcanzar de forma simultanea volúmenes altos de producción y variedad de producto (conocido como personalización en masa o masiva «mass customization«) resulta difícil de alcanzar y promete importantes ventajas para aquellas empresas que las logran alcanzar. Un ejemplo emblemático de este caso ampliamente cubierto en la literatura es Dell Computer que le ha permitido compatibilizar productos a la medida de las necesidades de sus clientes mediante un ensamblaje a pedido sin sacrificar los beneficios de un alto volumen de producción.

El Proceso de Transformación de Insumos en Productos o Servicios

Un proceso productivo consiste en un conjunto de actividades que toma como entradas uno o más insumos y los transforma para obtener como salidas o resultado un producto o servicio. En artículos anteriores hemos descrito que dicho proceso productivo puede tener distintas configuraciones, de modo ser compatible con la estrategia de procesos de la empresa, como aquellos con énfasis en el volumen de producción (Producción en Masa o Flow Shop) o por el contrario aquellos que privilegian la adaptación a necesidades particulares de los clientes con un volumen de producción acotado (Producción Tipo Taller o Job Shop). Por cierto la clasificación anterior constituye una simplificación del análisis dado que en la actualidad existe un auge por sistemas productivos híbridos que combinan elementos de las clasificaciones anteriores de modo de explotar sus ventajas relativas y ser más competitivos.

Proceso de Transformación de Insumos en Productos o Servicios

Una visión esquemática de lo que constituye un proceso de transformación típico se presenta a continuación:

El área de Marketing procura que la salidas del proceso de transformación se transformen en ventas lo cual se convierte en rendimiento para los accionistas de la empresa. Por otro lado Finanzas busca garantizar la disponibilidad de recursos financieros para la adquisición de insumos y las inversiones en bienes de capital que sean necesarias para mantener la organización en un adecuado funcionamiento. Finalmente Operaciones (o equivalentemente la Gestión de Operaciones) se encarga de traducir los insumos o materiales en salidas (bienes y/o servicios) con énfasis en la productividad de dicho proceso de transformación. Cabe destacar que la descripción anterior simplifica los propósitos de las áreas funcionales de la empresa como también omite la contribución significativa de áreas (procesos) de apoyo y soporte como Recursos Humanos, Contabilidad, Sistemas de Información, entre otros.

En la siguiente tabla se presentan algunos ejemplos que ilustran distintos tipos de relaciones de insumos – transformación – producto:

Por ejemplo en el caso de un servicio como un hospital los insumos primarios son los pacientes, los cuales son atendidos por médicos y enfermeras (además de paramédicos, administrativos, etc) que a su vez hacen uso de suministros médicos y equipamiento para prestar una atención médica (fisiológica) que sea satisfactoria y que idealmente resuelva de forma íntegra o parcial los requerimientos del paciente (dependiendo del caso).

Finalmente para efectos de evaluación del desempeño se requiere disponer de indicadores de gestión o KPI (Key Performance Indicator). En el contexto anterior resulta de particular interés el cálculo de la productividad, a saber, el valor de las salidas efectuadas dividido por la cantidad de los recursos de entrada, es decir:

Por ejemplo, consideremos una empresa de la industria automotriz que fabrica 50 autos a la semana y que utiliza las siguientes entradas:

De esta forma la productividad parcial del trabajo es de 0,25[u/hr], capital de 0,002[u/$] y energía 0,015[u/W]. En un próximo artículo abordaremos como incorporar en un ejemplo de esta naturaleza el concepto de productividad multifactorial.

Ejemplo de la Planeación de Requerimientos de Materiales (MRP o Material Requirements Planning)

El siguiente artículo desarrolla un ejemplo de la Planificación de Requerimientos de Materiales o MRP para una empresa de manufactura que se dedica a las operaciones de ensamblaje, como lo que se podría observar en un sistema productivo Flow Shop. En particular consideraremos una empresa que produce carros de golf, la cual ha recibido una orden de 100 carros para la semana 6, 100 para la semana 8 y 100 para la semana 9. La información sobre la producción de los carros de golf se presenta en la tabla a continuación. Las partes en la primera columna alineadas a la izquierda se hacen con las partes centradas.

Notar que la empresa utiliza distintas políticas de lotificación lo que vuelve más complejo el desarrollo del MRP. Se propone la siguiente abreviación para las mismas: LxL: Lote a Lote; C.T.M: Costo Total Mínimo; C.U.M: Costo Unitario Mínimo; EOQ: Cantidad Económica de Pedido). Para cada ítem el costo de emitir un pedido es de $400 (independiente del tamaño del pedido) y el costo unitario semanal de almacenamiento de inventario es de $1. En base a la información anterior se solicita:

Realizar el Bill of Materials (BOM) para el carro de golf.
Realizar el Plan de Requerimiento de Materiales (MRP) para el carro de golf y sus distintos ítems.

El BOM o lista de materiales es un registro donde figuran todos los componentes de un articulo, las relaciones padre – componente y las cantidades de uso derivadas de los diseños de ingeniería y de procesos. Una forma tradicional de representar la información del BOM es a través del árbol estructural del producto el cual se presenta a continuación:

Cada carro de golf requiere de un «Top» y una «Base». Adicionalmente cada «Top» necesita de 4 «Supports» y 1 «Cover». Análogamente cada «Base» necesita 1 «Motor», 1 «Body» y 2 «Seats». Finalmente cada «Body» necesita 1 «Frames», 1 «Controls» y 4 «Wheel Assemblies». Por cierto la información es consistente con lo detallado en la tabla inicial pero la representación gráfica de la lista de materiales facilita su rápida interpretación.

Con esta información desarrollamos el MRP del carro de golf, siendo el producto final el que establece las necesidades brutas de 100 unidades en las semanas 6, 8 y 9, según lo indicado en los datos del problema. En este sentido al no disponer de inventario inicial del carro de golf (terminado) las necesidades brutas de los períodos indicados son al mismo tiempo necesidades netas. Por ello se requiere entradas de pedidos planeados de 100 unidades en las semanas 6, 8 y 9 para lo cual la emisión (expedición) de las mismas debe ser con una semana de antelación dado el tiempo de reposición o lead time de una semana.

En el caso del ítem «Top» las necesidades brutas corresponden al mismo período en el cual se emiten los pedidos planeados del carro de golf. Ahora bien, se dispone de 40 unidades de inventario inicial de «Top» lo que se traduce a que el requerimiento neto de este producto de demanda dependiente sea de 60 unidades en la semana 5. En consecuencia se requiere la entrada de un pedido planeado de 60 unidades de «Top» en la semana 5, el cual se emite en la semana 4 (lead time de 1 semana).

De forma análoga se puede completar la información correspondiente para la «Base» que al igual que «Top» utiliza la política de lotificación lote a lote, por tanto se satisface de forma exacta el requerimiento neto positivo de cada período (si lo hubiere).

En el caso del ítem «Supports» se utiliza el método de Costo Unitario Mínimo. Descontando de las necesidades brutas el inventario inicial, los requerimientos netos de dicho componente son 40, 400 y 400 en las semanas 4, 6 y 7, respectivamente. Con ello se aplica el Costo Unitario Mínimo agrupando las necesidades: por ejemplo, un pedido de 40 unidades para satisfacer la necesidad neta exacta de la semana 4 no genera costos de inventario (C.Inv) pero sí un costo de emisión (C.Em) de $400 (el costo unitario es $400/40=$10). En el caso de consolidar las necesidades de la semana 4 y 6 se deberá hacer un pedido de 440 unidades. En este caso el costo de emisión (que es independiente del tamaño de pedido) seguirá siendo $400 y el costo de inventario es de $800 (al final se la semana 4 y 5 quedaran 440-40 unidades en inventario, con un costo unitario de almacenamiento semanal de $1, es decir, 400*$1+400*$1=$800). El costo unitario en este caso es ($800+$400)/440=2,727 (aprox). Finalmente se analiza la alternativa de realizar un pedido único de 840 unidades (para cubrir los requerimientos netos de las semanas 4, 6 y 7). El costo de emisión es de $400 y el de almacenamiento es $2.000 (800*$1+800*$1+400*$1), con un costo unitario de ($2.000+$400)/840=$2,857 (aprox).

En consecuencia el Costo Unitario Mínimo se alcanza agrupando las necesidades netas de la semana 4 a la 6 y se deberá realizar un pedido de 440 unidades. Luego se requerirá un pedido de 400 unidades el cual satisface el requerimiento neto de la semana 7.

Para el producto «Cover», sus necesidades brutas dependen de la emisión de pedidos planeados del «Top» en una razón 1 a 1. Como el ítem «Cover» utiliza la política lote a lote, los pedidos satisfacen las necesidades netas exactas (notar que no se dispone de inventario inicial) y en cada caso son emitidos con una semana de antelación dado el tiempo de reposición.

Un «Motor» es necesario para cada «Base» (según se detalla en el BOM) y este producto utiliza al igual que «Supports» la política de Costo Unitario Mínimo. No obstante se dispone en este caso de un inventario inicial suficiente (300 unidades) para cubrir los requerimientos brutos en las semanas 4, 6 y 7.

El ítem «Body» al igual que el «Motor» depende de la «Base». Este producto («Body») utiliza la política de Tamaño Fijo de Pedido de Q=300 unidades, es decir, cada vez que se necesite se emite un pedido de esa magnitud. Adicionalmente se dispone de un inventario inicial de 50 unidades de «Body» por lo cual la necesidad neta es de 30 unidades en la semana 4 (80-50). Por ello se emite un pedido de 300 unidades (en la semana 3) el cual se recibe al inicio de la semana 4, en consecuencia, el saldo disponible proyectado al final de la semana 4 es de 270 unidades (que de hecho es suficiente para cubrir las necesidades brutas de las semanas 6 y 7).

Por cada «Base» se necesitan 2 «Seats», luego las necesidades brutas de este último ítem es de 160, 200 y 200 (semanas 4, 6 y 7, respectivamente). Este producto utiliza la lotificación de Costo Total Mínimo la cual se detalla a continuación.

Notar que para la semana 4 es sólo necesario 40 unidades (dado el inventario inicial de 120 unidades). Naturalmente un pedido de este tamaño no genera costos de almacenamiento pero si el costo fijo de pedido de $400. Por otra parte un pedido de 24o unidades que cubre las necesidades netas de la semana 4 a la 6 tiene un costo de emisión de $400 y un costo de inventario de $400 (200*$1+200*$1). En este caso el diferencial en valor absoluto entre el costo de preparación de pedido y de inventario es de $0 que es el primer Costo Total Mínimo. Luego se realiza un pedido adicional de 200 unidades para enfrentar los requerimientos de la semana 7.

Continuando el desarrollo del MRP del carro de golf, los ítems «Frames» y «Controls», ambos dependen del «Body» en una relación 1 a 1. En cada caso es suficiente con un único pedido de la magnitud que establece el Tamaño Fijo de Pedido.

Finalmente se requieren 4 «Wheels» por cada «Body» lo que determina el requerimiento bruto de 1.200 unidades de «Wheels» en la semana 3. Como se dispone de un inventario inicial de 240 unidades y no hay más requerimientos después de la semana 3, es suficiente con un pedido único de 960 que se emite en la semana 2.

La siguiente tabla resumen muestra el resultado final de la Planificación de Requerimientos de Materiales (MRP):

Características de un Proceso Productivo Flow Shop (Producción en Masa)

Un Proceso Productivo Flow Shop (conocido también como Producción en Masa) es similar a un proceso continuo, no obstante, está orientado al producto en líneas de fabricación exclusivas. El Flow Shop es un proceso de transformación en el cual continuas unidades de salida que fluyen en forma discreta siguen una misma secuencia de operaciones, con baja variación en el producto y a muy alta velocidad, involucrando líneas de producción. Una representación esquemática de un proceso de estas características se muestra a continuación:

Algunos ejemplos típicos de procesos tipo Flow Shop es el ensamble de electrodomésticos (donde se implementa el Plan de Requerimiento de Materiales o MRP), el envasado de vino y bebidas gaseosas, la fabricación de tarros de conserva, etc.

Las características de un proceso Flow Shop o de producción en masa son las siguientes:

Alto volumen de producto: Debido a que es un proceso con baja variedad de producto esto contribuye a un mayor volumen de producción. Esto es vital para que la empresa pueda alcanzar economías de escala.

Baja variedad de producto: Los productos suelen ser estándares y con baja variabilidad en sus características de modo que la producción sea masiva.

Equipamiento de propósito específico: En concordancia con la baja variedad de producto. Adicionalmente esta característica establece mayores barreras a la salida en caso de ser necesario vender los activos fijos.

Operadores menos capacitados: Al ser un proceso repetitivo el conocimiento de la función a desempeñar se alcanza con mayor rapidez. Luego las instrucciones de trabajo son escasas.

Bajo valor de la materia prima comparado con el valor del producto: Como también un inventario de producto en proceso (WIP) relativamente bajo en relación a la salida (output).

Make to Stock: Se fabrica para almacenar inventario de producto final y con estas unidades enfrentar la demanda del mercado lo que permite una mayor rapidez de respuesta en comparación a un proceso Job Shop. Para ello es vital realizar Pronósticos de Demanda que sean acertados.

Programación simple: Debido a la estandarización del proceso y el énfasis en el volumen de producción, se debe fijar una tasa de salida ad-hoc a los pronósticos de ventas.

Características de un Proceso Productivo Job Shop (Producción Tipo Taller)

Un sistema productivo es un conjunto de componentes cuyo fin es convertir insumos en productos. En este contexto la clasificación de procesos productivos permite ordenar el análisis y sugiere las prioridades competitivas que se deberán privilegiar. Una de dichas clasificaciones corresponde a los procesos productivos Job Shop el cual está orientado a trabajos tipo taller. El Job Shop es un proceso de transformación en el cual los productos siguen diferentes trayectorias y secuencias a través de los procesos y máquinas, las cuales se encuentran agrupadas por funciones. Una representación esquemática de un proceso tipo taller con rutas alternativas se muestra a continuación:

La producción artesanal de ropa realizado por una modista como también la fabricación de parte y repuestos para maquinaria que se realizan en maestranzas industriales son ejemplos clásicos de los procesos Job Shop.

Las características típicas de un proceso Job Shop son las siguientes:

Alta variedad de producto: La flexibilidad del proceso permite adaptarse a distintos tipos de necesidades de los clientes.

Bajo volumen de producción: A diferencia de un proceso productivo Flow Shop, en un Job Shop la producción es en volúmenes relativamente bajos dado que se enfrentan requerimientos heterogéneos por parte de los clientes.

Equipos y máquinas de propósito general: Esto permite ofrecer una alta variedad de producto. Por ejemplo, en una maestranza industrial se dispone de soldadoras, tornos, fresadoras, herramientas, etc, que permiten atender distintos tipos de pedidos de los clientes. Dado su propósito general en caso de cierre del negocio, las barreras a la salida son más bajas (en comparación a un proceso tipo Flow Shop).

Operadores ampliamente capacitados: De modo de mantener un proceso productivo flexible que se adapte a las necesidades de los clientes, se requiere de trabajadores altamente capacitados, de modo que puedan abordar las distintas necesidades de producción.

Muchas instrucciones de trabajo: Un proceso Job Shop suele no ser repetitivo en contraste a un proceso Flow Shop que es estandarizado y donde las instrucciones de trabajo son escasas.

Alto valor de la materia prima relativa al valor del producto: Como también un inventario de producto en proceso (WIP) relativamente alto en relación al output o salida.

Flujo lento de productos: Básicamente por la necesidad de disponer de un proceso flexible.

Make to Order: Equivalente a producción a pedido donde los productos se procesas una vez que el cliente ha planteado su requerimiento. De esta forma se busca generar una oferta personalizada. No obstante para mitigar las implicancias que tiene en la rapidez de respuesta esta situación, es frecuente observar actualmente la proliferación de procesos híbridos donde se produce contra stock aquello que suele ser estándar en el producto y se termina a pedido los elementos que son más heterogéneos en cuanto a los requerimientos. De esta forma se busca rescatar la flexibilidad de un proceso Job Shop con la rapidez de respuesta que tiene un proceso Flow Shop.

Expansión de capacidad flexible: Es relativamente sencillo agregar nuevas máquinas o substituir las que se utilizan actualmente en el proceso productivo.

Programación compleja: La programación de la producción de un proceso Job Shop se caracteriza por ser compleja (en parte por las características detalladas anteriormente). En términos computacionales dicha programación de trabajos se suele considerar NP-Hard.