Manual del estudiante de Ingeniería en Sistemas de UTN/Sistemas de Gestión I/Unidad Temática 6

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Calendarización[editar]

Proceso general de calendarización[editar]

El proceso general de scheduling puede definirse en tanto que los siguientes pasos:

  1. Secuenciamiento: dado un conjunto de órdenes a procesar, definir con algún criterio un orden para procesarlas.
  2. Asignación: asignar cada orden a los recursos, siguiendo la secuencia definida en el paso anterior, teniendo en cuenta las restricciones, tanto las de precedencia como las de disponibilidad de los recursos.
  3. Evaluación de la función objetivo: evaluar los resultados de la asignación obtenida en el paso anterior, con respecto a los parámetros que se pretenden optimizar.

Estructura de los procesos[editar]

Estructuras básicas[editar]

Existen dos estructuras básicas de procesos: Job Shop y Flow Shop (línea de flujo).

Job Shop

Cada orden tiene una ruta de producción propia. Es un proceso flexible pero difícil de gestionar.

Flow Shop

Todas las órdenes tienen la misma ruta. Es un proceso menos flexible que el Job Shop pero mucho más simple de gestionar. Existen variaciones de este esquema, tales como:

  • Salteo de máquinas (Skip shop).
  • Flujo Reentrante.
  • Etapas Compuestas.
  • Colas finitas.
  • Tiempo ocioso deliberado: se permite no arrancar una tarea que está esperando ser atendida para “esperar” una tarea de mayor prioridad.
  • Scheduling permutativo (n!): cada máquina tiene la misma secuencia de tareas.
  • Disponibilidad estática/dinámica:
    • De máquinas.
    • De tareas.

De estas estructuras básicas derivan diferentes variantes y especializaciones.

Variantes de las estructuras básicas[editar]

Órdenes Cerradas (Classic Job Shop)

Cada orden tiene una ruta única, y no puede tomar partes en el proceso de otra. No hay inventarios intermedios que no estén asociados a una orden. Las operaciones sobre un lote de partes que se mueven juntas son secuenciales.

Órdenes Abiertas (Open Job Shop)

Las órdenes se agrupan en varias rutas (productos) comunes. Hay varios clientes de los mismos productos, o de productos muy parecidos. Hay inventario común de productos intermedios y finales. Varias órdenes pueden usar partes del mismo inventario.

Lotes (Batch Shop)

Es similar a la estructura de Órdenes Abiertas, pero hay mayor estandarización de las rutas (productos). La economía resulta de escala por procesar lotes mayores. Cada lote es independiente de la orden. El flujo no es lineal pero es menos complejo que en Órdenes Abiertas.

En Flujo (Flow Shop)

Es similar al proceso por lotes pero con un flujo lineal de operaciones. El flujo puede ser discreto, continuo o intermitente. Cada tarea consiste en la misma secuencia y realizada en la mismos equipos cada vez.

Lotes/En Flujo (Batch/Flow Shop)


Celda de Manufactura

Combina flexibilidad del Job Shop con el bajo costo y simpleza del Flow Shop. Los ítems se agrupan en familias; cada familia es servida por una celda. Una celda es un grupo automatizado de diversas máquinas. Las órdenes fluyen entre las celdas como si fuera Job Shop, pero dentro de la celda pasa de máquina en máquina como si se tratara de un Flow Shop.

Línea de Ensamblado (usa mucha MO)

Rutas de procesamiento que producen componentes que son combinados en componentes más complejos. Convergencia de rutas. Inventario solo al comienzo de la línea.

Línea de Transferencia (Usa poca MO)

Líneas automatizadas de producción. No hay inventarios. El producto se forma mediante incorporaciones que se realizan a través de la línea.

Estrategias de Scheduling[editar]

Estrategia de intervalo

Consiste en la asignación de intervalos de tiempo respetando las restricciones impuestas, tales como el secuenciamiento. Tiende a ser ineficiente, dejando grandes lagunas de tiempo.

Estrategia de despacho

No existe un cronograma anticipado; cuando un recurso se libera se asigna la tarea con mayor prioridad en espera.

Estrategia de tarea crítica

Se cronograman todas las actividades de la tarea más crítica, luego se procede con la siguiente, y así sucesivamente.

Estrategia de recurso crítico

El recurso más importante (cuello de botella) se cronograma primero, los otros recursos se cronograman alrededor del recurso crítico (a ellos les sobra tiempo).

Estrategia de operación crítica

Es una combinación de los dos anteriores. Se identifica el par actividad/recurso con la mayor prioridad y se cronograma primero.

Scheduling directo (Forward)

Se cronograman las tareas en secuencia temporal creciente. Produce cronogramas factibles y compactos. Usualmente viola las fechas de entrega. La secuencia puede ser de despacho o crítica.

Scheduling reverso (Backward)

Se cronograman las tareas a partir de sus fechas de entrega en secuencia temporal decreciente. Es posible que genere cronogramas infactibles. La secuencia puede ser de despacho o crítica.

Estrategias de despacho heurístico

Son métodos de despacho directo donde en cada punto de decisión (secuencia, tiempo, ruteo, etc.) se usan índices de prioridad obtenidos por alguna regla heurística.

Estrategia de despacho avanzado

Método de despacho heurístico que predice futuros problemas con las fechas de entrega y recursos críticos en forma dinámica.

Estrategia combinatorial

Se evalúa algún subconjunto de los posibles cronogramas mediante la búsqueda de combinaciones. Se persiguen soluciones óptimas mediante programación matemática entera. Este método demanda grandes tiempos de computación y mucha memoria.

Decisiones de modelado[editar]

Scheduling infinito/finito[editar]

Scheduling infinito
supone capacidad infinita. Realiza la carga sin tener en cuenta la capacidad; luego, nivela la carga y secuencia los trabajos
Scheduling finito
supone capacidad finita (limitada). Secuencia las tareas como parte de la decisión de carga. Los recursos nunca se cargan más allá de su capacidad

Almacenamiento intermedio infinito/finito[editar]

La estrategia puede asumir o no que hay capacidad de almacenamiento, es decir, la capacidad para almacenar el material procesado en un equipo o centro de trabajo en espera de ser procesado por el próximo equipo o centro. Si no hay capacidad de almacenamiento, una vez concluida una fase del procesamiento, se bloqueará el trabajo hasta que el siguiente recurso en la ruta esté disponible. De haber capacidad de almacenamiento, ésta puede considerarse:

Capacidad de almacenamiento infinita
se realiza la carga sin tener en cuenta la capacidad.
Capacidad de almacenamiento finita
se tiene en cuenta la capacidad del almacén en el scheduling. Los almacenes deberán ser modelados como recursos.

Política zero wait (ZW)[editar]

La política zero wait define que una vez completada la operación, el producto debe pasar inmediatamente al equipo siguiente, el cual debe estar disponible. En este caso no se tiene la posibilidad de usar almacenamiento intermedio.

Propuestas de implementación[editar]

Entre las propuestas de implementación, pueden contarse:

  • Manual - Intervalos
  • Manual - Despacho
  • Simulación - Despacho
  • Matemático exacto
  • Matemático heurístico
  • Sistema experto puro
  • Sistemas mixtos AI/OR/DSS

Métodos manuales[editar]

Los métodos manuales usan por lo general despacho directo usando reglas. Los tamaños de lote son usualmente fijos (provenientes de algún modelo de inventario). División de lotes, ociosidad deliberada, salidas de servicio, favorecimiento de prioridades. La simulación se puede utilizar como apoyo a la decisión manual.

Pueden contarse como ventajas:

  • Combinación rápida y precisa de experiencia humana y prioridades formales.
  • Gran adaptabilidad a situaciones de crisis.

En tanto que las desventajas son:

  • Imposibilidad de manejar un gran número de prioridades distintas o estimar el efecto de varias decisiones.
  • Dificultades para combinar experiencias.
  • Baja velocidad de respuesta.
  • Complejidad creciente de los sistemas.

Métodos matemáticos[editar]

Modelación matemática del problema[editar]

Deberán modelarse:

  • Las decisiones, tales como secuencias, ruteos, tiempos.
  • Las restricciones, tales como disponibilidad, precedencia, políticas.
  • El objetivo, que puede ser tardanza, makespan, u otro.

<!—faltan los ejemplos de modelos -->

Resolución del programa[editar]

Puede utilizarse:

  • Programación entera (branch and bound).
  • Métodos aproximados de búsqueda:
    • Algoritmos genéticos
    • Vecindad
    • Relajación Lagrangiana

El inconveniente de este tipo de métodos es que resulta en problemas “np-completos”: no existen métodos de solución que no crezcan exponencialmente con el tamaño del problema.

Métodos mixtos[editar]

Existen métodos mixtos tales como:

  • Heurísticos
    • Algoritmos genéticos (entre otros)
  • Métodos de cuello de botella
  • Sistemas expertos/ Inteligencia Artificial
    • Propagación de restricciones

Objetivos en Scheduling[editar]

Los objetivos del scheduling pueden ser uno o más de los siguientes:

  • Cumplir con las fechas de entrega a los clientes
  • Minimizar la tardanza de los trabajos
  • Minimizar el tiempo de respuesta
  • Minimizar el tiempo de terminación
  • Minimizar el tiempo en el sistema
  • Minimizar horas extra
  • Maximizar utilización de máquinas y trabajo
  • Minimizar tiempo ocioso
  • Minimizar inventario de trabajo en proceso (WIP: work-in-process)

Definiciones[editar]

Flowtime
también llamado completion time, ciclo de tiempo o tiempo de flujo, es el tiempo desde que una orden ingresa hasta que sale del sistema.
Makespan (Tiempo Total)
tiempo para que un grupo de órdenes sean completadas.
Tardiness (Tardanza)
Diferencia entre la fecha de finalización de una orden y la fecha de entrega comprometida (Due Date).

Reglas de secuenciamiento[editar]

Las implementaciones manuales basan generalmente su etapa de secuenciamiento en reglas, tales como:

FCFS
el primero en llegar es el primero en ser procesado.
LCFS
el último en llegar es el primero en ser procesado.
SPT
primero se procesa el que tenga menor tiempo de procesamiento.
DDATE
primero se procesa el que tenga anterior fecha de entrega.
SLACK
primero se procesa el que tenga menor tiempo de procesamiento remanente: .
RWK
trabajo remanente en todas las operaciones.
CUSTPR
prioridad del cliente.
SETUP
setup similar.
Critical Ratio Rule

Si , el trabajo está adelantado. Si , el trabajo está retrasado. Si , el trabajo está al día.





Definiciones[editar]

Lote de transferencia (LT)
cantidad de unidades que se agrupan para ser transferidas de una vez de un recurso a otro.
Lote de producción (LP)
cantidad de unidades a producir en un lote.