Los principios del cuello de botella: OPT

Unidad 2. Programación maestra
2.2.3 Sistemas cuello de botella
En este momento, deben ser evidentes una estructura estándar de PCP integrada, una componente técnica
y un concepto administrativo. Los sistemas de cuello de botella no son diferentes.
Se presenta uno de los enfoques más conocidos, aunque existen otros. La componente técnica de este
enfoque es un programador de cuello de botella conocido como Optimized Production Technology (OPT)
o tecnología de producción optimizada. El concepto administrativo se llama teoría de la restricciones
(TOC).
La filosofía detrás de OPT y TOC es una meta -de hecho, la meta es: "haz dinero en el presente lo
mismo que en el futuro" (Goldratt y Cox, 1986). La fortaleza de TOC es que una meta sencilla y directa
es una guía consistente y poderosa para desarrollar sus conceptos y herramientas. Todavía más, para
lograr la meta, la compañía debe, al mismo tiempo, aumentar la producción, reducir el inventario y
disminuir los gastos operativos.
Estos puntos están más allá de cualquier argumento. TOC, junto con OPT, se desarrollaron para
lograr esta meta.
Eliyahu Goldratt desarrolló el sistema de programación OPT en Israel, a principios de los 70. La
historia es que Goldratt, un físico israelí, se involucró por primera vez con los sistemas de producción al
ayudar a un amigo que tenía una planta para fabricar cubitos de pollo. En 1979, Goldratt introdujo OPT
en Estados Unidos y fundó Creative Output, Inc. (COI), para comercializarlo. El desarrollo de OPT y más
tarde TOC fue, casi exclusivamente, el trabajo de Goldratt.
La premisa de OPT es que los cuellos de botella en la producción son la base para la programación y
la planeación de la capacidad. Los recursos se clasifican como los que son cuello de botella y los que no
lo son. Los recursos de cuello de botella se programan a su máxima utilización, y el resto se programan
para servir al cuello de botella.
Esto significa que en algunos casos los recursos que no son cuellos de botella pueden estar ociosos.
El objetivo de máxima eficiencia para todas las máquinas ya no se satisface. OPT es en esencia un
sistema de software, pero la aplicación de algunos de sus principios no necesariamente requiere software.
mediados de los 80, OPT había madurado en una filosofía administrativa más comprensible. En palabras
del propio Goldratt (1988)
Quizá el resultado más importante fue la formulación de lo que yo considero una teoría global para
manejar una organización. La llamo teoría de las restricciones y veo todo lo que hice antes como un
derivado de esta teoría.
La base de TOC es su definición de restricción: "cualquier cosa que limita un sistema para lograr un
desempeño más alto en el cumplimiento de su meta". TOC es una manera de manejar las restricciones del
sistema. La influencia de OPT es clara; después de todo, un cuello de botella es un tipo de restricción en
la planta, y OPT es un método para manejar esta restricción. A continuación se hacen análisis más
detallados de OPT y TOC
Los principios del cuello de botella: OPT
Cuello de botella es un término que se encuentra con frecuencia. Un puente
puede ser un cuello de botella para el paso de vehículos, un línea de teléfono
puede ser un cuello de botella en la comunicación, y una caja registradora en
una tienda de departamentos puede ser un cuello de botella para los clientes.
Un cuello de botella se asocia con una cadena de eventos. Es la componente
de la cadena que permite, por una u otra razón, que ocurran menos eventos
que el resto de las componentes.
Ing. Jorge Enrique Vargas Martínez; MAD.
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Unidad 2. Programación maestra
El OPT distingue entre dos tipos de restricciones, cuello de botella y recurso
restringido de capacidad. El cuello de botella se aplica al caso en que la
capacidad de los recursos es menor o igual que la demanda del mercado, es
decir, un cuello de botella es un recurso que restringe la producción.
Un recurso de capacidad restringida es un recurso que se ha convertido en
cuello de botella como resultado de la utilización ineficiente. Para simplificar,
sólo se usará el término cuello de botella.
OPT no es el primer método que identifica y estudia los cuellos de botella. En la
programación de un proyecto se identifica la ruta crítica. Es obvio que cada
actividad en la ruta crítica es una actividad cuello de botella. Más aún, cualquier
retraso en una actividad crítica retrasará el tiempo de terminación del proyecto.
Por otro lado, para acortar la duración del proyecto, debe acortarse la duración
de al menos una actividad cuello de botella. Estos conceptos se incorporan a
las reglas de OPT. La siguiente tabla contiene la lista de las reglas de OPT,
formuladas para lograr la utilización máxima del cuello de botella.
Reglas del OPT1
1. Se balancea el flujo, no la capacidad.
2. Las restricciones determinan la utilización de lo que no es cuello de
botella.
3. Utilización y activación de un recurso no son sinónimos.
4. Una hora perdida en un cuello de botella es una hora perdida en todo el
sistema.
5. Una hora ahorrada en donde no hay cuello de botella es un espejismo.
6. Los cuellos de botella gobiernan la producción y el inventario en el
sistema.
7. El lote transferido puede, y muchas veces debe, no ser igual al lote del
proceso.
8. El lote del proceso debe ser variable, no fijo.
9. Deben establecerse programas observando todas las restricciones.
10. Los tiempos de entrega son el resultado de un programa y no pueden
predeterminarse.
La influencia de los conceptos de la ruta crítica se puede ver en algunas reglas.
La regla 7 es tal vez la más revolucionaria. En MRP, todas las técnicas de
tamaño de lote suponen tamaños iguales para los lotes transferidos y
procesados.
OPT también difiere de MRP en que usa tiempos de entrega predeterminados.
Se profundiza en las reglas de OPT a través, del siguiente ejemplo:
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Fuente: Jacobs (1984), reimpreso con permiso del lnstitute of Industrial Engineers, 25 Technology
Park/Atlanta, Norcross, GA, 30892, copyright 1984.
Ing. Jorge Enrique Vargas Martínez; MAD.
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Unidad 2. Programación maestra
Ejemplo . Reglas de OPT. Este ejemplo estudia las reglas 2, 3, 4 Y 5 de OPT.
Considere un taller de producción intermitente que tiene un torno (R), un
taladro (T) y una fresa (F) Como se observa en la figura.
Se ensamblan dos productos. El producto A se ensambla de dos componentes
barrenadas y dos componentes cortadas en el torno. El producto B se
ensambla de una componente fresada y dos componentes cortadas en el torno.
La secuencia de producción es
F+R→A
T+R→B
Así, R es un recurso común. El taller tiene dos fresas, un tomo y un taladro, y
opera tres turnos diarios (1440 minutos). La demanda es 500 unidades por día
de A y 50 unidades por día de B. La siguiente tabla describe la carga del taller:
Tiempo Unidades
Tiempo de procesado
de proc. req. para
total
Disp. Utilización
unitario ensamble
A
B
A
B
A
B
Total
Ensamble
2
4
1
1
600
200
800 1440
55.65%
Ing. Jorge Enrique Vargas Martínez; MAD.
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Unidad 2. Programación maestra
Fresa
Tomo
Taladro
4
3
0
0
3
10
2
2
0
0
1
2
2400
1800
0
0
150
1000
2400 2880
1950 1440
1000 1440
83.33%
135.42%
69.44%
El torno es un recurso cuello de botella y no puede cumplir la demanda diaria.
El taller puede hacer 215 artículos A y 50 artículos B.
 La utilización del torno será del 100% y la utilización de las otras
máquinas será menor (regla 2).
 Es evidente que la activación de los recursos puede de hacerse a
distintos niveles de utilización (regla 3).
 Como el torno opera ahora a toda la capacidad, el tiempo que se pierda
ahí disminuirá la producción del taller (regla 4).
 De manera similar, intentar hacer más eficientes operaciones que no son
cuellos de botella no contribuirá en nada a la producción (regla 5).
Programación de cuellos de botella
Se sabe que el cuello de botella es importante; una máquina cuello de botella debe determinar
el programa para toda la planta. Se presentará un método para programación de cuellos de
botella.
Si es posible programar la máquina cuello de botella de manera efectiva, las otras máquinas se
pueden ajustar a este programa. Las máquinas posteriores al cuello de botella se programan
hacia adelante, por ejemplo, siguiendo las reglas de despacho. Las anteriores al cuello de
botella se programan hacia atrás usando las fechas de entrega como en MRP.
Detección de la máquina cuello de botella
En la planta de manufactura, con frecuencia es sencillo encontrar la máquina cuello de botella;
camine por la planta y montones de trabajo en proceso estarán apilados antes del cuello de
botella. Otro enfoque es estimar la carga de trabajo de todas las máquinas. Una simple
estimación es sumar los tiempos de procesado de todos los trabajos en cada máquina para
llegar al trabajo total realizado por la máquina. Al dividir entre el horizonte de programación se
obtiene un porcentaje. Así, si la máquina 1 tiene 34 horas de trabajos para procesar en una
semana de 40 horas, su carga de trabajo es (34/40) x 100= 85%. La máquina con el mayor
porcentaje de carga de trabajo será, muy probablemente, el cuello de botella.
Programación de la máquina cuello de botella
Denote la máquina cuello de botella por b, y sea j( b ) la operación del trabajo i hecho en b. Se
sr be que el tiempo de procesado del trabajo en las máquina b es P¡j(b); Sea P; = Pij(b)'
También se debe tomar en cuenta lo que ocurre con i antes y después de la máquina b. Defina
el tiempo de liberación del cuello de botella para el trabajo i, r/ , como el tiempo en que el
trabajo i llega a máquina b. Éste es el tiempo en que se libera el trabajo i más el tiempo que
tarda en llegar "la máquina cuello de botella; esto incluye el procesado y los tiempos de espera
para las operaciones anteriores en las máquinas que están antes. Inicialmente, se supone que
no hay esperas.
En la ecuación se pueden incluir estimaciones de los tiempos de espera a partir de datos
históncos o de resultados de modelos de colas. También es necesario definir una fecha de
entrega de
cuello de botella para el trabajo i,dt , que refleje cuándo debe terminar la operación en el cueUc
de botella. Para completar el trabajo i en su fecha de entrega, debe estar terminado en el cuello
Ing. Jorge Enrique Vargas Martínez; MAD.
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Unidad 2. Programación maestra
de botella un tiempo antes de la fecha de entrega al menos igual a la suma de los tiempos de
procesado en las operaciones posteriores.
Ahora se programa el cuello de botella como una sola máquina con tiempos de liberación
distintos de cero. Éste es un problema NP-duro, por lo que se usa un heurístico de despacho
(capítulo 8). La regla de prioridad depende de la medida de desempeño para el taller. Carlier
(1982) presenta un algoritmo de ramificación y acotamiento rápido que puede usarse si se necesitan soluciones mejores. Sea U el conjunto de trabajo no programados y t el tiempo actual.
El procedimiento es
PasoO. Sea U = {l, 2,..., n}; P; = Plj(b);i= 1,2,. .., n,y t = mín1eU 'ib.
Paso l. Sea S = {i l'ib :5.t, i eU} los trabajos disponibles. Se programa el trabajo i* en b,
donde i * tiene la mejor prioridad entre los trabajos de S.
Paso 2. Sea U +- U - {i*}.SiU = 0,sedetiene; todos los trabajos están programados. De
otra manera, se hace t = máx{mín1eu 'ib, t+ p;.}y se va al paso 1.
Existen varias reglas de prioridad que se pueden usar en este algoritmo. Si la medida es el
lapso (CnWc)' se elige el trabajo disponible al que le falta más trabajo, que es equivalente a
TPL. Para el tiempo de flujo, se elige el trabajo al que le falta menos procesado. Para minimizar
la tardanza máxima (T nWc ), se elige el trabajo de cuello de botella con la fecha de entrega
más cercana. La prioridad de R&M (capítulo 8) usando la fecha de entrega de cuello de botella
y el tiempo de procesado que falta es una buena regla para la tardanza total.
El algoritmo produce un programa de trabajos en la máquina cuello de botella. Éste se debe
convertir en un programa para todo el taller.
Bibliografía
Sipper Daniel / Bulfin Robert L., PLANEACIÓN Y CONTROL DE LA
PRODUCCIÓN, Primera edición, Primera impresión, México D.F., Mc. Graw
Hill, Junio 1999, pp. 220 -221.
Ing. Jorge Enrique Vargas Martínez; MAD.
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