Aplicación de la metodología SMED en proceso de cambio de matrices en la industria metalmecánica: Caso Ecuador

Abstract

Abstract: This manuscript presents information about the application of the methodology "Single Minute Exchange of Die" (SMED) in hydraulic presses and die-cutting machines in the industry of production of various metalworking articles. The work is the result of an undergraduate degree project carried out in a six-month period in which the methodology for die change was developed through its different stages that lead to the perfection of the activities carried out with the machine in operation, applying 5'S and those developed with the machine stopped through parallel operations. The main results obtained were the reduction of the average percentage of machinery preparation time by 66.29%, converting it into productive time, and the average improvement in production capacity by 28.91%. En Ecuador las compañías metalmecánicas son de gran importancia pues forman parte del motor de progreso de la economía del país aportando con un 1.8% del producto interno bruto de acuerdo a la Federación de Industrias del Metal, de ahí la responsabilidad de buscar nuevas alternativas que se adopten al nivel de su realidad y permitan generar una mayor producción nacional e internacional (Mantilla, 2017).

Headnote

Resumen: Este manuscrito presenta información acerca de la aplicación de la metodología "Single Minute Exchange of Die" (SMED) en prensas hidráulicas y troqueladoras en la industria de producción de artículos variados de metalmecánica. El trabajo resulta de un proyecto de titulación de pregrado efectuado en un periodo de seis meses en donde se desarrolló la metodología para el cambio de matrices mediante sus diferentes etapas que conllevan a perfeccionar las actividades que se realizan con la máquina en funcionamiento, aplicando 5'S y las desarrolladas con la máquina parada a través de operaciones en paralelo. Los principales resultados obtenidos fueron la reducción del porcentaje promedio del tiempo de preparación de maquinaria en un 66.29% convirtiéndolo en tiempo productivo, y la mejora promedio de la capacidad de producción en un 28.91%.

Palabras-clave: SMED; tiempo de preparación; manufactura esbelta; capacidad de producción.

Abstract: This manuscript presents information about the application of the methodology "Single Minute Exchange of Die" (SMED) in hydraulic presses and die-cutting machines in the industry of production of various metalworking articles. The work is the result of an undergraduate degree project carried out in a six-month period in which the methodology for die change was developed through its different stages that lead to the perfection of the activities carried out with the machine in operation, applying 5'S and those developed with the machine stopped through parallel operations. The main results obtained were the reduction of the average percentage of machinery preparation time by 66.29%, converting it into productive time, and the average improvement in production capacity by 28.91%.

Keywords: SMED; set up; lean manufacturing; capacity of production.

(ProQuest: ... denotes formulae omitted.)

1. Introducción

El comportamiento de las industrias se ve influenciado por las necesidades del mercado manteniendo en firme el propósito de satisfacer la demanda de productos; por lo que, cada organización debe producir en la cantidad y calidad requerida demostrando así su nivel de competitividad. Existen diversas estrategias, metodologías y herramientas que permiten responder a las diferentes situaciones para que la empresa alcance una mayor flexibilidad y pueda brindar un mejor servicio (Cuatrecasas, 2018).

En Ecuador las compañías metalmecánicas son de gran importancia pues forman parte del motor de progreso de la economía del país aportando con un 1.8% del producto interno bruto de acuerdo a la Federación de Industrias del Metal, de ahí la responsabilidad de buscar nuevas alternativas que se adopten al nivel de su realidad y permitan generar una mayor producción nacional e internacional (Mantilla, 2017).

Uno de los modelos de gestión que facilita este proceso es la Manufactura Esbelta pues su filosofía consiste en eliminar aquellas actividades que no agregan valor al proceso, producto y por lo tanto al servicio. Se aplica de acuerdo con las necesidades que se presenten las herramientas que más se adapten al caso, en donde la empresa pueda realizar más con menos esfuerzo humano, equipos, tiempo y espacio. Además, presenta diversos beneficios como la mejora de productividad y reducción de desperdicios los cuales permiten una correcta optimización en los sistemas de producción (Hernández, 2015).

Basado en lo anterior, el punto en el cual se centra este estudio es en la aplicación de la metodología SMED para los procesos de cambio de matriz dentro de la industria metalmecánica pues esta herramienta permite reducir los tiempos de cambio de dados, troqueles, matrices y moldes contribuyendo a la reducción de desperdicios, por lo que se deben identificar las actividades que se realizan con la máquina parada y en funcionamiento, de esta manera se desarrolla de forma correcta cada etapa que conlleva esta metodología (Barrionuevo, 2017).

Alonso y Hernández (2015) mencionan que SMED es un método probado que consigue dar buenos resultados en un escenario donde la máquina está involucrada directamente con el proceso. El seguimiento de las diferentes etapas no es complicado, aunque no siempre serán alcanzables los resultados previstos, pero si se reducirá de forma evidente los tiempos de intervención. Para las empresas que han aplicado esta metodología coinciden que, el tiempo de preparación de máquinas a reducido y de este modo las líneas de producción tienen una mayor disponibilidad, por lo que se puede trabajar con tamaños de lotes pequeños en donde se asegura los tiempos de entrega de los productos.

Por otra parte, Klever Villacís y Álvaro Verdezoto (2019) mencionan que para aplicar la metodología mencionada se considera dividir las operaciones de preparación en dos partes: la primera contiene la preparación interna lo que hace referencia a trabajar con la máquina parada y preparación externa que se refiere a las actividades que se realizan mientras la máquina está en funcionamiento. Las cuatro etapas principales de SMED, se pueden resumir de la siguiente manera: etapa preliminar en donde se estudia la operación de cambio, etapa de separación de actividades internas y externas, etapa de conversión de las actividades internas a externas, y finalmente la etapa de perfeccionar las actividades de operación (Costa et al., 2013).

Este trabajo busca reducir el tiempo de cambio de matrices mediante la aplicación de la metodología SMED en las máquinas prensa hidráulica y troqueladoras para los procesos de conformado de la empresa Ecuamatriz Cía. Ltda. reduciendo de esta manera el tiempo de preparación de máquinas y aumentando así su capacidad de producción.

El artículo está estructurado de la siguiente manera: como apertura se encuentra la introducción a la temática juntamente con el objetivo del estudio. La sección 2 presenta la revisión a la literatura, en la sección 3 se plantea el caso de estudio mientras que el desarrollo de la propuesta se menciona en la sección 4. La sección 5 presenta la aplicación de la metodología SMED con sus diferentes etapas, la sección 6 describe los resultados obtenidos y las conclusiones establecidas en la investigación en la sección 7.

2. Revisión de la literatura

Es importante analizar escritos publicados en el área de estudio, en este sentido, Marie Issamar (2019) realiza una recopilación de las herramientas Lean Manufacturing que inciden en la productividad de las empresas, mencionando al SMED entre una de ellas y necesaria cuando en una misma línea o máquina se fabrican varios tipos de productos, pues al acortarse el tiempo de cambio de herramienta, se mejora la productividad. Además, menciona que el mayor beneficio se observa en el incremento del desempeño operacional, al reducirse los costos de producción.

La aplicación de SMED es una muestra de las ventajas y beneficios que se adquieren al aplicar herramientas Lean en empresas manufactureras, pues la reducción del tiempo inactivo extiende el tiempo de producción y las actividades que agregan valor, aumentando la capacidad, utilización y disponibilidad de los recursos (Stuglik, GródekSzostak and Kajrunajtys, 2019), este tipo de herramientas correctamente aplicadas mejoran los sistemas industriales, rediseñando herramientas, soportes, componentes y actividades propias de las operaciones. Investigaciones similares recalcan el ahorro generado en tiempo y mejora de procesos (Trombeta et al., 2020).

Moreira and Pais (2015) explican la relación del cambio de troquel para empresas que trabajan con maquinaria, la cual menciona que la aplicación de la metodología SMED permite la disminución de tiempos de configuración de la maquinaria, siendo posible sustentar que el cambio de procesos simples como la separación de actividades internas y externas se encuentra entre los procedimientos clave para mejorar la productividad.

Para Monteiro et al. (2019) la implementación de la herramienta SMED permite reducir los tiempos de puesta a punto en empresas metalmecánicas, la cual requiere la participación del personal operativo y una baja inversión económica para generar altas ganancias y aumento en la productividad. Entre las propuestas se desacan la aplicación de actividades en paralelo, mejoras de los bancos de trabajo y cambio de lugar de elementos necesarios para el set up.

La metodología SMED requiere de la reorganización del trabajo, capacitación y la implementación de un método sistemático y eficaz para la realización de las distintas operaciones que se ejecutan, cambiando actividades internas a externas (Tiago Bidarra, 2018). Wang, Chiou and Luong (2019) enfatizan que los rápidos cambios en la demanda de los consumidores determinan el modelo de producción, consecuentemente se aplica la metodología SMED con el objetivo de reducir el tiempo de preparación de máquina y aumentar la frecuencia de cambio de modelo para producir una mezcla alta de productos con una demanda de bajo volumen.

Finalmente Basri et al. (2019) muestran un "Embedded SMED" el cual basado en el SMED tradicional toma criterios de herramientas Lean como Value Stream Mapping (VSM), Plan-D°Check-Act (PDCA), 5'S y Diseño de estaciones de trabajo, generando un enfoque más completo para la solución a la problemática que puede presentar el set up de máquinas y equipos.

3. Caso de estudio

Este trabajo está centrado en la aplicación de la metodología SMED, tomando a la industria de producción de elementos metalmecánicos y como referencia la empresa ecuatoriana Ecuamatriz Cía. Ltda. Esta organización cuenta con prensas hidráulicas y prensas troqueladoras que están en constante cambio de matriz para la fabricación de sus productos por lo que se requiere que los tiempos de preparación de maquinaria sean mínimos y permitan una producción ágil con mayor participación.

Se selecciona la herramienta SMED para el caso de estudio pues se enfoca en la mejora del tiempo de cambio de matrices permitiendo el máximo aprovechamiento de la maquinaria, garantizando además una mayor flexibilidad al momento de trabajar con lotes pequeños de producción variada, dado que los tiempos de preparación de maquinaria son elevados con respecto a los de procesamiento, mermando de manera significativa la capacidad de producción del sistema.

La ejecución del caso de estudio se llevó a cabo mediante una modalidad de investigación bibliográfica que respalda y sustenta la metodología a usarse, además de la investigación de campo y aplicada que permita el contacto directo con el problema y se lo pueda solucionar mediante estrategias y herramientas.

La aplicación de SMED requiere una interacción directa entre el analista y los procesos ya sean de cambio de matriz o productivos para lo cual se realizó un estudio de tiempos y movimientos pues permiten establecer estándares y las diferentes capacidades de producción. La figura 1 muestra cómo la disminución de tiempo de cambio se convierte en tiempo disponible para generar una mayor capacidad de producción.

4. Desarrollo del caso de estudio

La aplicación de la metodología SMED se enfoca en el producto que representa mayores ganancias para la empresa pues los beneficios obtenidos serán más significativos; en este caso el producto corresponde a una caja metálica bifásica con medidas de (300·200·100) mm la cual ha generado una participación del 27.96% en el periodo enero - junio 2019.

4.1. Tiempos de preparación de maquinaria

En relación con el producto seleccionado se identifica el proceso de fabricación en el área de conformado y la maquinaria que interviene. A continuación, en la figura 2 se observa los valores correspondientes a los tiempos estándar de preparación de maquinaria también denominados tiempo de set up, es importante resaltar que el cambio de matriz es realizado por un solo operador durante todo el proceso.

4.2. Tiempos de procesamiento y capacidad de producción

Se calcula los tiempos estándar para cada proceso productivo con el objeto de conocer cuál es la capacidad de producción diaria, considerando el tiempo de preparación de maquinaria y un tamaño de lote de 300 unidades. Para mostrar el análisis de influencia que tiene el tiempo de preparación en el tiempo de ciclo estándar de la operación se utiliza la ecuación (1) donde:

... (1)

La capacidad de producción se define como la cantidad de componentes que se pueden procesar en un determinado tiempo, la ecuación (2) permite conocer las unidades fabricadas al día para cada componente de la caja metálica bifásica de (300·200·100) mm.

... (2)

En la tabla 1 se establece un resumen con todos los cálculos predeterminados del tiempo de preparación de maquinaria, tamaño de lote, tiempo ciclo de operación, tiempo total de operación y capacidad de producción.

5. Aplicación de la metodología SMED

Se realiza un análisis detallado de las actividades ejecutadas en el cambio de matriz, para lo cual se hace uso de técnicas como fotografías, videos, entrevistas y análisis con cronómetro como una etapa preliminar para el estudio de las operaciones de cambio.

5.1. Etapa 1: Separar actividades internas y externas

Es clave identificar y clasificar las actividades que se realicen con la máquina apagada es decir actividades internas y las que se efectúen con la máquina encendida también conocidas como actividades externas. Para lo cual es útil que se maneje herramientas que faciliten este proceso:

* Hoja de Verificación que especifiquen las herramientas y pasos necesarios para realizar la preparación de maquinaria, se debe tener en cuenta el cumplimiento de todos los puntos mencionados.

* Hoja de proceso con la clasificación de las actividades durante el cambio de matriz según el funcionamiento de cada máquina.

Como resumen de la etapa preliminar la figura 3 muestra el análisis de las actividades internas y externas, en donde se aprecia que todas las tareas de preparación previa, desmontaje, montaje y calibración son realizadas con la máquina apagada.

5.2. Etapa 2: Convertir actividades internas a externas

En esta etapa se examinó la posibilidad de convertir las actividades internas en externas mediante los recursos disponibles de la empresa, pues se busca reducir tanto el tiempo de preparación de maquinaria como las actividades innecesarias. Lo antes mencionado requiere de un trabajo minucioso pues para este caso se debe:

* Terminar las actividades de preparación previa antes del cambio de matrices.

* Utilizar marcas visuales en los equipos empleados (coches de herramientas).

* Eliminar tiempos empleados en la búsqueda de herramientas.

El análisis porcentual de la conversión de actividades internas a externas para cada maquinaria implicada en el proceso de elaboración de la caja metálica bifásica se muestra la figura 4.

5.3. Etapa 3: Perfeccionar actividades internas y externas

En esta etapa es necesario identificar metodologías que aporten al perfeccionamiento de las actividades internas y externas. Cualquier mejora aplicada deberá ejecutarse de manera sostenible evitando así la perdida de la productividad conseguida. Respecto a las actividades externas las estrategias aplicadas se centraron en mejorar el almacenamiento y localización de las herramientas utilizadas en el proceso de preparación de maquinaria pues se debe garantizar la disponibilidad de estas. En este caso se optó por la metodología de las 5 S's como herramienta de lean manufacturing que apoya al SMED.

Esta técnica se aplicó en los coches herramentales clasificando las herramientas que son necesarias y reubicando aquellas que no lo son; ordenando en un lugar específico con el fin de identificar rápidamente las herramientas que se necesitan; limpiando toda fuente de suciedad y fomentando hábitos que permitan un mejor mantenimiento de los coches; estandarizando a través controles visuales como carteles que informen al trabajador acerca de las herramientas presentes en los diferentes coches; y finalmente manteniendo lo establecido anteriormente conjuntamente con actividades de mejora continua como: devolver los instrumentales a su puesto, realización de recorridos por parte de los jefes para mayor control de los coches de herramientas, publicaciones sobre cambios que existan en el área para motivar a los operarios.

En cuanto a las actividades internas se optó por ejecutar operaciones en paralelo entre el operador y el líder encargado del área con el propósito de reducir el tiempo de preparación de la máquina. La figura 5 muestra el tiempo establecido para el set up de máquina.

6.Evaluación de Resultados

Con los nuevos tiempos para la preparación de maquinaria se obtiene una reducción del 66.29% del tiempo de preparación promedio como se observa en la tabla 2.

Reducidos los tiempos de cambio de matriz en los procesos de conformado, el tiempo ahorrado pasa a ser productivo, por lo que se presenta la ecuación (3) para el cálculo de porcentaje de mejora de la Capacidad de Producción en donde:

... (3)

Como resultado se obtiene un aumento de la capacidad de producción, en un 28.91% en promedio, información mostrada en la tabla 3.

7.Conclusiones

SMED es una técnica ideal para cualquiera empresa que busque reducir tiempos y evitar desperdicios, mejorando de esta manera el proceso productivo de sus productos, puesto que al existir una reducción en tiempos de cambio permite una minimización en los tamaños de lotes generando respuestas más rápidas para los clientes.

Este estudio demostró que, la aplicación de la metodología SMED a través de sus diferentes etapas secuenciales y el conocimiento detallado del proceso a mejorar permite la disminución del tiempo de preparación de maquinaria y lo convierte en productivo, en el caso del estudio planteado el promedio de reducción fue del 66.29%.

Por otro lado, se logró una mejora en la capacidad de producción, siendo esta del 28.91% en promedio, lo cual resulta muy favorable para cualquier organización debido a la influencia que tiene el tiempo de ciclo y los tiempos de preparación de maquinaria respecto a la capacidad de producción.

Como trabajo a futuro se prevé el uso de un software de simulación de diferentes escenarios de manufactura, agilizando de esta manera los resultados del estudio y reduciendo la dependencia directa del sistema real.

References

Referencias

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