Actividades: programación de la producción en fabricación mecánica

5.7 Actividades: programación de la producción en fabricación mecánica

Este apartado integra los conocimientos del módulo 5 sobre programación de producción mediante actividades prácticas que van desde cálculos simples de capacidad hasta problemas complejos de optimización de planes maestros. Trabajarás con datos reales de empresas manufactureras, aprenderás a usar herramientas de planificación y desarrollarás capacidad de decisión en contextos de recursos limitados y demanda variable.

Actividad 1: Análisis de limitaciones de stock y cálculo de punto de reorden

Objetivo: Aplicar conceptos de gestión de inventario bajo restricción de espacio.

Descripción: Una empresa fabrica rodamientos de precisión. Tiene 3 SKU (ítems) principales: Rodamiento A (demanda 50 unidades/semana, costo almacenamiento 0,5 euros/semana), Rodamiento B (demanda 80 unidades/semana, costo 0,3 euros/semana), Rodamiento C (demanda 30 unidades/semana, costo 0,2 euros/semana). Capacidad de almacén: 1.000 unidades máximo. Costo de preparación por lote: 200 euros (igual para todos los ítems). Lead time de fabricación: 2 semanas para todos. Stock actual: A=150, B=250, C=100 (total 500 unidades).

Tareas: (1) Calcula el tamaño económico de lote (EOQ) para cada SKU usando la fórmula EOQ = √(2DS/H), donde D=demanda anual, S=costo preparación, H=costo almacenamiento anual por unidad. (Asume 52 semanas año). (2) Calcula el punto de reorden (s) para cada SKU considerando lead time de 2 semanas: s = demanda promedio × lead time + stock de seguridad. Asume stock de seguridad = 1,5 × demanda lead time. (3) Determina el nivel máximo (S) de stock para cada SKU: S = s + EOQ. (4) Verifica si la capacidad total de almacén (1.000 unidades) es suficiente para mantener todos los máximos sin exceder. Si no, propón ajustes (reducir stocks de seguridad, reducir tamaños de lote) que prioricen los SKU con mayor costo de almacenamiento.

Actividad 2: Construcción de plan agregado: estrategia Chase vs. Level

Objetivo: Comparar estrategias de planificación agregada mediante simulación de costos.

Descripción: Una empresa fabricante de herramientas de corte tiene demanda pronosticada para 6 meses: Mes 1: 3.000 unidades. Mes 2: 5.000. Mes 3: 4.500. Mes 4: 3.500. Mes 5: 4.000. Mes 6: 2.500. Capacidad normal de producción: 3.500 unidades/mes (40 operarios, 160 horas/mes). Costo producción normal: 20 euros/unidad. Costo horas extra (producción adicional 0-500 unidades/mes): 25 euros/unidad. Costo subcontratación (>500 extra): 28 euros/unidad. Costo almacenamiento: 1 euro/unidad/mes. Costo de cambio laboral (contratación o despido): 3.000 euros por cada 5 operarios. Stock inicial: 500 unidades.

Tareas: (1) Construye un plan agregado CHASE: producción cada mes = demanda ese mes + reposición de stock de seguridad (definido como 1 semana de demanda, ≈25% de demanda mensual). Calcula producción requerida, si requiere horas extra o subcontratación, costo total producción, costo almacenamiento, costo cambios laborales. (2) Construye un plan agregado LEVEL: producción cada mes = demanda promedio (3.750 unidades). Acumula/gasta inventario según demanda real. Calcula costos equivalentes. (3) Crea un plan MIXTO: permite producción variable pero no más de 500 unidades arriba/abajo de mes anterior. Calcula costos. (4) Compara los tres planes en tabla y redacta una conclusión sobre cuál es más económico y cuáles son los tradeoffs.

Actividad 3: Análisis de capacidad y balanceo de línea de montaje

Objetivo: Detectar cuellos de botella y proponer mejoras de balanceo.

Descripción: Una línea de montaje de válvulas de precisión tiene 5 estaciones en serie. Tiempos de procesamiento (minutos por unidad): Estación 1 (mecanizado): 5'. Estación 2 (acabado): 8'. Estación 3 (inspección): 3'. Estación 4 (ensamblaje): 6'. Estación 5 (prueba final): 4'. Demanda requerida: 400 válvulas/día (480 minutos disponibles, 8 horas). Cada estación tiene un operario. Capacidad de estación = 480 minutos / tiempo unitario.

Tareas: (1) Calcula la capacidad (unidades/día) de cada estación. Identifica el cuello de botella. (2) Calcula el tiempo de ciclo actual (limitado por cuello de botella). ¿Cuántas válvulas realmente produce la línea? (3) Determina si hay suficiente capacidad para la demanda de 400 unidades/día. Si no, ¿cuál es el déficit? (4) Propón tres soluciones: (a) Duplicar la estación cuello de botella (agregar un operario paralelo). Calcula nuevo tiempo ciclo y producción. (b) Mejorar proceso en cuello de botella reduciendo tiempo 30%. Calcula impacto. (c) Transferir parte del trabajo de cuello de botella a estaciones vecinas. Ejemplo: mover 2 minutos de inspección a acabado. Recalcula capacidades. (5) Estima costo de cada solución: operario adicional (30.000 euros/año), mejora de proceso (5.000 euros único), reorganización trabajo (1.000 euros). Compara costos versus beneficio de alcanzar 400 unidades/día.

Actividad 4: Construcción del Programa Maestro de Producción (MPS)

Objetivo: Desarrollar un MPS realista considerando demanda, stocks, capacidad e incertidumbre.

Descripción: Una empresa produce tres tipos de componentes mecánicos (SKU X, Y, Z) con demanda semanal pronosticada para 8 semanas. Demanda X: 400, 450, 500, 400, 380, 420, 450, 400 unidades/semana. Demanda Y: 300, 350, 300, 250, 300, 350, 300, 250. Demanda Z: 200, 200, 250, 200, 250, 200, 200, 250. Capacidad de producción: 1.500 unidades totales/semana. Lead time de fabricación: 1 semana (orden colocada semana t se completa en semana t+1). Tamaño de lote económico: X=600, Y=500, Z=400 unidades. Stock de seguridad: X=200, Y=150, Z=100 unidades. Stock inicial: X=300, Y=200, Z=150 unidades. La empresa también tiene 2 semanas "congeladas" (no se pueden cambiar órdenes): semanas 1-2. Semanas 3-4 semirrígidas, 5-8 flexibles.

Tareas: (1) Construye el MPS para 8 semanas especificando, para cada semana y cada SKU: demanda esperada, stock disponible al inicio, si se produce nueva orden (y cuándo se completará considerando lead time), cantidad producida si es semana de completación, stock final. (2) Verifica que capacidad total no se exceda nunca (total producción semanal ≤ 1.500). (3) Asegura que stocks nunca caen por debajo del nivel de seguridad (excepto si demanda es impredecible). (4) Identifica qué semanas requieren cambios de programa respecto a "demanda exacta sin cambios". (5) Simula un cambio de demanda impredecible en semana 3: demanda X aumenta a 600 (en lugar de 500). Verifica si el MPS congelado de semanas 1-2 permite responder, o si hay quiebre de stock. Propón un ajuste en semana 3 (nueva orden de X) que recupere el sistema sin violar restricción de capacidad.

Actividad 5: Asignación y secuenciación de órdenes a máquinas

Objetivo: Aplicar algoritmos de asignación y secuenciación para minimizar tiempo total y retrasos.

Descripción: Un taller job shop tiene 3 máquinas CNC (A, B, C). Llegan 6 órdenes en este orden con tiempos de proceso (horas) en cada máquina y fecha de vencimiento:

Orden 1 (Componente X): A=3h, B=2h, C=1h. Vencimiento: día 2. Orden 2 (Y): A=2h, B=4h, C=2h. Vencimiento: día 3. Orden 3 (Z): A=4h, B=1h, C=3h. Vencimiento: día 4. Orden 4 (W): A=1h, B=3h, C=4h. Vencimiento: día 3. Orden 5 (V): A=3h, B=2h, C=2h. Vencimiento: día 5. Orden 6 (U): A=2h, B=3h, C=2h. Vencimiento: día 4.

Tareas: (1) Calcula la carga total (horas-máquina) para cada máquina si se asignan todas órdenes normalmente. Detecta si hay sobrecarga. (2) Asigna órdenes a máquinas usando estrategia greedy (mínima carga actual). Recalcula carga por máquina. (3) Para la máquina más cargada, secuencia órdenes usando regla EDD (earliest due date). (4) Estima cuándo se completa la última orden en cada máquina (makespan). ¿Hay retrasos respecto a vencimientos? (5) Propón un cambio de secuencia en la máquina más saturada para minimizar retrasos máximos. (6) Alterna: intenta reasignar 1-2 órdenes a máquinas menos cargadas (si técnicamente es posible) para equilibrar carga. Recalcula makespan. Compara con asignación original.

Actividad 6: Análisis de productividad, eficiencia, eficacia y efectividad

Objetivo: Calcular e interpretar indicadores clave de desempeño (KPIs) de una línea de fabricación.

Descripción: Durante un mes (20 días laborales, 8 horas/día), una línea de fabricación genera los siguientes datos: Producción planificada: 10.000 unidades. Producción real: 9.500 unidades. Unidades con defecto: 200 (rechazo). Unidades entregadas sin defecto a clientes: 9.300. Horas máquina disponibles: 160 h/máquina × 3 máquinas = 480 h total. Horas realmente trabajadas (sin paradas): 420 h. Tiempo de parada no planificado (mantenimiento, fallos): 60 h. Consumo de materia prima: 5.000 kg. Peso final productos (sin desperdicio): 4.750 kg. Mano de obra: 15 operarios, 20 días cada uno = 300 días-operario = 2.400 horas-operario. Costo operarios: 48.000 euros. Costo materia prima: 30.000 euros. Costo energía: 6.000 euros. Costo otros (utilities, amortización): 10.000 euros. Total costo: 94.000 euros. Ingresos por ventas: 117.500 euros (9.300 unidades × 12,63 euros promedio).

Tareas: (1) Calcula Eficiencia de máquina: (horas realmente trabajadas / horas disponibles) × 100. (2) Calcula Eficiencia de material: (peso final / peso input) × 100. (3) Calcula Productividad laboral: unidades por hora-operario. (4) Calcula Productividad total de factores (TFP): ingresos / (costo mano obra + costo materia prima). (5) Calcula Eficacia de producción: (producción real / producción planificada) × 100. (6) Calcula Eficacia de calidad: (unidades sin defecto / producción real) × 100. (7) Calcula Efectividad de margen: (ingresos - costos) / ingresos × 100. (8) Interpreta resultados: ¿dónde está la mayor fuente de ineficiencia? ¿Qué mejora tendría mayor impacto en rentabilidad? Propón 3 mejoras con impacto estimado en cada indicador.

Actividad 7: Proyecto integrador: optimización de sistema de producción

Objetivo: Sintetizar todos los conceptos del módulo en una optimización integral.

Descripción: Una empresa de manufactura de precisión enfrenta estos desafíos: (a) Demanda esperada crece 25% en próximos 12 meses. (b) Espacio de almacén es limitado (900 m²). (c) Capacidad actual de máquinas es 8.500 unidades/mes. (d) Demanda en mes pico será 10.000 unidades. (e) Tiene 25 empleados. (f) Margen objetivo es 20% sobre ingresos. (g) Lead time de cliente máximo permitido: 4 semanas.

Tareas: (1) Define el pronóstico de demanda para 12 meses (asume crecimiento lineal desde 6.500 hoy a 8.000 al final año). (2) Construye un plan agregado que: satisface demanda, respeta restricción de almacén, minimiza costos de cambio laboral (contrata/despide minimizando), usa horas extra solo si necesario (máximo 20% extra). (3) Define MPS para primeros 3 meses con detalle semanal. (4) Analiza si capacidad actual es suficiente para año completo. Si no, propone inversión en máquina adicional (capacidad +2.000 unidades/mes, costo 200.000 euros) o subcontratación parcial (costo +5 euros/unidad). Calcula ROI de inversión. (5) Propone mejoras de eficiencia para reducir costos, incluyendo: reorganización de línea de montaje para reducir tiempos en 15%, programa de formación en Lean (costo 5.000 euros). Estima impacto en producción, inventario, margen. (6) Redacta un informe ejecutivo de 5 páginas resumiendo: situación actual, análisis de opciones (sin inversión, inversión en máquina, subcontratación), mejoras de eficiencia propuestas, recomendación final, y plan de implementación con hitos de 90 días.

Ideas clave

• El análisis de stocks y punto de reorden es fundamental para empresas con restricción de almacén, requiriendo balanceo entre economía de lote y disponibilidad de espacio.
• La comparación de estrategias agregadas (Chase, Level, Mixta) mediante simulación de costos informa decisiones estratégicas de producción.
• El balanceo de líneas es un problema de optimización continua: detectar cuellos de botella y proponer soluciones técnicas y organizacionales.
• El MPS es un documento vivo que requiere actualización semanal para responder a demanda impredecible, manteniendo horizonte congelado para estabilidad operativa.
• Asignación y secuenciación de órdenes optimizan no solo tiempo de ciclo sino también cumplimiento de entregas y utilización de máquinas.
• Los indicadores de productividad, eficiencia, eficacia y efectividad proporcionan diagnóstico multidimensional del desempeño; mejora requiere acción coordinada en múltiples frentes.