METODO DE AGRUPAMIENTO POR ORDEN DE RANGO

III coloquio de investigación y aplicación regional interdisciplinario
METODO DE AGRUPAMIENTO POR ORDEN DE RANGO:
APLICACIÓN DE TECNOLOGIA DE GRUPOS POR METODOS
EVALUATIVOS
ME. Ana Ma. Alvarado Lassmann
MC. Fernando Ortíz Flores
MC. Raúl Torres Osorio
Dr. Oscar Báez Sentiez
Instituto Tecnológico de Orizaba
Departamento de Posgrado e Investigación
Oriente 9 no. 852
[email protected]
Resumen
La tecnología de grupos (GT, de sus siglas en inglés, group technology) es una filosofía que
examina productos y partes, para agrupar artículos similares con la finalidad de simplificar el
diseño y la manufactura y poder enfrentar la problemática derivada de los mercados
segmentados, competencia y/o clientes que demandan una gran variedad de productos y un
bajo volumen de producción.
Entre los métodos para aplicar la tecnología de grupos existen diversas clasificaciones de
acuerdo al tipo de ordenamiento que realizan. Una de estas clasificaciones corresponde a los
métodos evaluativos, a la que pertenece el método de agrupamiento por orden de rango (ROC).
El presente trabajo intenta mostrar cómo se pueden agrupar los procesos similares mediante el
método ROC de forma manual y de forma automática, mediante un software desarrollado en
visual basic en el ITO, permitiendo así visualizar las ventajas que trae la aplicación de la GT
El software del método ROC tiene la finalidad de aplicar la GT en forma práctica y sencilla
además de ser la base para el desarrollo de un sistema ejecutable incluyendo otros tres
métodos evaluativos utilizados para formar familias de piezas y agrupar máquinas dentro de la
GT.
Palabras Clave
Método de ordenamiento por orden de rango. Tecnología de grupos. Familia de piezas.
Introducción
Actualmente se observa un constante incremento en la complejidad de los sistemas de
manufactura. Esto sucede porque el mercado consumidor se ha vuelto más exigente de las
características que deben presentar los productos que desea adquirir: mejor funcionamiento,
mejor estética, diferentes presentaciones y bajo costo, así como tiempos de entrega pequeños
o disponibilidad inmediata; como consecuencia de la constante evolución tecnológica de los
productos.
La evolución tecnológica ha causado que los productos tengan actualmente un ciclo de vida
muy pequeño, asimismo, ha ocasionado que las empresas no vean como alternativa viable,
para ofrecer disponibilidad y tiempos de entrega cortos, el mantener inventarios por el riesgo de
obsolescencia y porque los costos de llevarlo a cabo son muy altos.
De esta forma, para cumplir con un buen nivel de servicio al cliente y para mantenerse en el
mercado altamente competitivo, los productores se ven obligados a ofrecer una gran
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diversificación de productos en volúmenes de producción pequeños y, por lo tanto, a fabricarlos
en lotes pequeños.
Se ha observado en la literatura (Hodson, 1996; Fogarty, 1994; Monk, 1991; Sule, 2001) que la
tendencia a utilizar un sistema de producción por lotes trae como consecuencia una ineficiencia
en el sistema, disminuye su calidad, baja la productividad y generalmente incrementa sus
costos (Klipeeel, 1999), sin embargo tiene la ventaja de producir una alta variedad de partes en
volúmenes pequeños (Hodson, 1996; Monk, 1991).
Para eliminar los problemas de ineficiencia en el sistema, baja calidad, baja productividad y
disminución de costos se puede utilizar el sistema de producción en serie (Shroeder, 1992). Sin
embargo, la utilización de los sistemas de producción en serie tienen asociadas las siguientes
desventajas: a) no pueden producir una alta flexibilidad (es un sistema muy rígido) y, b) sus
requerimientos de aplicación son para volúmenes altos. Estas desventajas van en contra de las
necesidades actuales.
Una alternativa para alcanzar la productividad deseada, conciliada con la alta calidad, bajos
costos y lotes pequeños de fabricación se encuentra en el enfoque de la tecnología de grupos.
La tecnología de grupos (GT, de sus siglas en inglés) aplicada a la manufactura, se puede
definir como una filosofía para la administración de las actividades de producción que tienen la
finalidad de obtener ventajas económicas por medio de la explotación de similitudes de las
partes manufacturadas en lotes pequeños, tratándolos de manera conjunta, como si fuera un
sistema de producción en serie. Con este enfoque se mantiene la flexibilidad (variedad de
productos) del proceso de producción. En este contexto, la GT es una metodología
potencialmente exitosa, que toma las ventajas del sistema de producción en serie y las ventajas
del sistema de producción por lotes.
Es importante mencionar que la tecnología de grupos constituye una filosofía de manufactura
basada en un principio relativamente simple: identificar y agrupar partes y procesos por el
criterio de similaridad, para obtener ventajas de todas las etapas de proyecto y manufactura
(Gallacher and Knight, 1986).
Algoritmo de agrupamiento por orden de rango (ROC)
El algoritmo de agrupamiento por orden de rango es una técnica propuesta por J. R. King
(1980). Este es un algoritmo eficiente y fácil de aplicar para la agrupación de máquinas dentro
de las células.
El algoritmo de agrupamiento por orden de rango trabaja reduciendo una matriz de incidencia
pieza-máquina a un conjunto de bloques diagonales con la finalidad de representar las familias
de piezas asociadas a grupos de máquinas (Groover, 2001). En este método se utiliza la clave
Xij para cada celda de la matriz. Se utiliza 1 cuando la pieza i requiere de la maquina j, a su vez
se utiliza 0 cuando la pieza i no requiere de la máquina j. Las ventajas y desventajas del método
se muestran en la tabla 1:
Tabla 1. Ventajas y desventajas del algoritmo de ordenamiento binario
Ventajas
Desventajas
• Muy simple de aplicar.
• El ordenamiento final no es único
para un conjunto de datos.
• Eficiente para ordenar datos
• El ordenamiento depende del inicio.
muy revueltos.
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Procedimiento para aplicar el algoritmo de agrupamiento por orden de rango
Para aplicar el algoritmo de agrupamiento por orden de rango se debe asumir que existen N
piezas (columnas) y M máquinas (filas) y seguir los pasos siguientes:
1. Ordenar filas
1.1 Asignar un valor 2N-k a la columna k.
1.2 Asignar un valor a cada fila en función del número de piezas que se procesan en
cada máquina.
1.3 Ordenar cada fila en orden decreciente. Sí las filas fueron previamente
ordenadas y ningún cambio ocurre, finaliza el método, de otra forma vaya al paso
2.
2. Ordenar columnas
2.1 Asignar un valor 2M-k a la fila k.
2.2 Asignar un valor a cada columna en función del número de piezas que se
procesan en cada máquina.
2.3 Ordenar las columnas en orden decreciente. Sí ningún cambio ocurre pare. De
otra forma, vaya al paso 1.
Diseño y desarrollo Modular
Para realizar un programa o sistema computacional, es necesario primero diseñarlo, es decir,
planear las partes o módulos que lo formarán y el orden en que dichas partes serán
desarrolladas. La técnica del diseño y el desarrollo modular ayudan a realizar estas actividades.
El diseño modular permite planear y llevar a cabo programas y rutinas más pequeñas, siendo
así más fácil la detección y corrección de errores. El desarrollo modular permite realizar cada
programa y rutina en forma independiente, y cuando estos (as) ya estén funcionando como se
desea, unirlos (as) entre sí para formar un sistema, el cual finalmente se debe probar como un
todo (Date, 1995).
El diseño modular aplicado al diseño del programa del algoritmo de agrupamiento por oden de
rango, motivo del presente trabajo, permitió definir los módulos siguientes:
• Captura de datos dentro del programa
• Lectura de datos desde excel
• Ejecución del método
• Visualización de resultados parciales
• Visualización de resultados finales
• Exportar datos a Excel
• Salir
La aplicación de la técnica de desarrollo modular descendente, basado en el diseño modular
expresado en la figura 1, indica que se debe desarrollar primeramente el menú del programa en
el lenguaje visual Basic, y posteriormente los módulos que dependen de este.
Resultados
El programa del algoritmo de ordenamiento binario realizado tiene las siguientes características:
desarrollado en Visual Basic V6.0 (Cevallos, 2000; Microsoft, 1999), autoejecutable, fácil de
accesar y utilizar. Estas características permiten que no se requieran conocimientos profundos
de computación para su manejo. Las operaciones se realizan a través de iconos y botones
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como se muestra en la ventana de operaciones (Fig. 2) del programa de agrupamiento por
orden de rango.
La captura de los datos de entrada necesarios para la ejecución del ordenamiento puede ser
realizada en un archivo en excel, o directamente en el software del método. Si los datos se
capturan directamente en el software del método, sólo se da un clic en el icono Definir problema
(Fig 2), con lo que se muestra la ventana de definición de la matriz inicial (Fig. 3) en la que se
define el número de máquinas y piezas y los nombres de las máquinas y piezas a manejar. Si
los datos se leen de un archivo previamente capturado en Excel, basta con dar un clic en el
icono Abrir archivo de Excel (Fig. 2) para que los datos de entrada sean desplegados en la
matriz inicial (Fig. 4).
Método de
Agrupamiento por
orden de rango
Menú
Captura
de datos
Lectura
de
datos
de
Excel
Ejecución
del
método
Exportar
datos a
excel
Resultados
parciales
Resultados
Finales
Salir
Fig. 1 Programa de agrupamiento por orden de rango.
Botón definir
Problema
Botón ordenar
filas
Botón ordenar
columnas
Icono
Salir
Icono abrir
archivo de
Exce
Botón
Siguiente
Icono exportar a
Excel
Icono
Nuevo
Icono
Ayuda
Fig. 2 Ventana de Operaciones
Los datos en el software son almacenados en una matriz bidimensional, colocando las
máquinas en los renglones de la matriz y las piezas en las columnas de la misma. La matriz es
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definida con el tamaño exacto de máquinas y piezas que el usuario especifica a fin de no
desperdiciar espacio de memoria (Fig. 4).
Una vez que se tienen los datos almacenados, el programa realizará los cálculos necesarios
(Fig 5) para poder ordenar las filas. El ordenamiento de las filas se da cuando se presiona el
botón ordenar filas de la figura 5. Una matriz ordenada por filas se muestra en la figura 6. El
cálculo para ordenar columnas se realiza de forma similar. Los resultados parciales y finales
son almacenados en matrices bidimensionales dentro del programa, existiendo la opción de
exportarlos a un archivo en Excel, cuando finaliza la ejecución del método.
Número de
máquinas
Número de
Piezas
Forma
Manual
Lista para
Máquinas
Lista para
Piezas
Área de
nombres de
piezas
Área de
nombres de
máquinas
Botón
Aceptar
Fig.3 Ventana de definición del la matriz inicial
Fig. 4 Ventana de operaciones con la matriz inicial
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Valor de
Máquina
Nuevo
Orden
Valor
de K
Expresión
2exp N-K
Conversión
Botón
Ordenar fila
Fig. 5 Asignación de exponente a columnas.
Nuevo orden de
máquinas
Botón ordenar
columnas
Botón
siguiente
Fig. 6 Matriz ordenada por filas.
Conclusiones
El programa computacional de agrupamiento por orden de rango -clasificado en la categoría de
métodos evaluativos, y desarrollado con el lenguaje de programación Visual Basic- para la
formación de familias de piezas muestra como se pueden utilizar los avances computacionales
para resolver la falta de un sistema computacional para la agrupación de partes y la agrupación
de máquinas; permitiendo que la aplicación de GT pueda realizarse en una forma automática y
sistematizada.
Los resultados obtenidos de las pruebas del programa, demuestran que se puede reducir
sustancialmente el tiempo para la obtención de resultados de la aplicación del método,
comparados con el método manual.
Adicionalmente, es importante mencionar que este desarrollo sirvió como base para el
desarrollo de otros tres métodos utilizados para formar familias de piezas y agrupar máquinas
dentro de GT por métodos evaluativos: método ROC2, método de agrupación directa (DCA) y
método de cadena de energía (BEA).
Referencias
Libros
• Cevallos, Francisco Javier, Curso de Programación Visual Basic 6.0, Editorial Alfa
omega, 2000.
• Date, John, Análisis y Diseño de Sistemas de Información, McGraw-Hill, 1995.
• Greg, Perry, Aprenda Visual Basic 6.0 en 21 días, McGraw-Hill, 1999.
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Groover, Mikell, “Automation, Production system and Computer Integrated
Manufacturing”, Editorial Prentice Hall, 2da edición, 2001
Fogarty, Blackstone y Hoffmann. “Administración de la producción e inventarios”,
Edti. CECSA, 2da. Edición. 1994.
Hodson, William K. “Maynard, manual del ingeniero industrial” Edit. McGraw-Hill.
Tomo II. Sección 13, capítulo 3., 1996
Klipeeel Elizabeth María, Gomes de Alvarenga Arlindo, Negreiros Gomes Francisco
José. “A two-phase procedure for cell formation in manufacturing systems”,
Integrated manufacturing systems, volumen 10 número 6, 1999, pp. 367-375, copyright
@ MCB University Press, ISSN 0957-6061, 1999.
Microsoft Corporation, Microsoft Visual Basic 6.0 Programmers Guide, 1999.
Monk, Joseph G. “Administración de operaciones”, Edit. Mc Graw Hill, Serie Schaum.,
1991
Schroeder, Roger G. “Administración de operaciones”, Edit. Mc Graw-Hill, 3ª. Edición,
1992
Sule, Dileep R. “Instalaciones de manufactura. Ubicación, planeación y diseño”,
Edit. Thomson Learning. 2da.Edición. Cap. 5 2001
Biblioteca digital Emerald1
• Dos Santos Newton Ribeiro, Oliveira de Araújo Lindolpho Jr., “Computacional System
for group technology - PFA case study” Integrated manufacturing systems, volumen
14 número 2, 2003, pp. 138-152, copyright @ MCB University Press, ISSN 0957-6061,
2003.
• Gallacher, C.C. and Knight, W.A. , Group Technology Production Methods in
Manufacturing, John Wiley & Sons, London. 1986.
• King, J.R. and Nakornchai, V., ``Machine component group formation in group
technology ± review and extension’’, International Journal of Production Research,
Vol. 20 No. 2, pp. 117-33. 1982
• King, J. R., ``Machine component grouping in production flow analysis: an
approach using a rank order clustering algorithm”, International Journal of
Production Research, Vol. 18, pp. 213-222. 1980
Acerca del autor
M.E. Ana Maria Alvarado Lassmann. [email protected]
Licenciada en Informática de la Universidad Veracruzana, Especialista en Docencia del CIIDET
Maestra en Educación de la Universidad de San Luís Potosí. Actualmente es profesor
investigador del Departamento de Sistemas y Computación. Sus funciones actuales son
impartir cursos de Análisis y Diseño de Sistemas de Información y Bases de Datos, asesorar
residencias profesionales y tesis de licenciatura en Informática e Ingeniería en Sistemas
Computacionales, desarrollar proyectos de investigación educativos y en software de aplicación
al área de Ingeniería Industrial.
M.C. Fernando Ortíz Flores. [email protected]
Ingeniero Industrial Eléctrico y Maestro en Ciencias en Ingeniería Industrial del
Instituto
Tecnológico de Orizaba. Actualmente es profesor investigador de la División de Estudio de
Posgrado e Investigación del Instituto Tecnológico de Orizaba. Sus funciones actuales son
impartir cursos de técnicas modernas de manufactura, Manufactura Integrada por
1
Emerald es una biblioteca digital que contiene artículos completos de 150 revistas en las áreas de ingeniería,
ciencias aplicadas, tecnología, administración y ciencias de la información. Acceso a más de 35,000 artículos en
texto completo publicadas desde 1944 a la fecha.
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Computadora, Localización y Distribución de Plantas y Planeación Estratégica, asimismo, dirige
tesis de maestría y de licenciatura en Ingeniería Industrial. Su experiencia profesional incluye
puestos en empresas privadas y de Gobierno.
M.C. Raúl Torres Osorio. [email protected]
Ingeniero Industrial Eléctrico y Maestro en Ciencias en Ingeniería Industrial del Instituto
Tecnológico de Orizaba. Actualmente es profesor de la División de Estudio de Posgrado e
Investigación del Instituto Tecnológico de Orizaba. Sus funciones actuales son impartir cursos
de técnicas modernas de manufactura. Asimismo, dirige tesis de maestría y de licenciatura en
Ingeniería Industrial. Su experiencia profesional incluye puestos en empresas privadas y de
Gobierno.
Dr. Oscar Báez Sentíez. [email protected]
Ingeniero Industrial en Producción y Maestro en Ciencias en Ingeniería Industrial del Instituto
Tecnológico de Orizaba. Doctorado en Ingeniería en Procesos y Medio Ambiente en el Instituto
Nacional Politecnico de Toulouse, Francia. Actualmente es profesor de la División de Estudio de
Posgrado e Investigación del Instituto Tecnológico de Orizaba. Sus funciones actuales son
impartir cursos de técnicas modernas de análisis de decisiones. Asimismo, dirige tesis de
maestría y de licenciatura en Ingeniería Industrial. Su experiencia profesional incluye puestos
en empresas privadas y de Gobierno.
Autorización y Renuncia
Los autores autorizan al Instituto Tecnológico de Orizaba(ITO) para publicar el escrito en las
memorias del coloquio nacional 2008 de investigación multidisciplinario. El ITO o los editores no
son responsables ni por el contenido ni por las implicaciones de lo que está expresado en el
escrito.
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