Modelado y resolución de variantes del problema de secuenciación de modelos mixtos con minimización de la sobrecarga (MMSP-W), con factores de actividad y regularidad en la producción
Authors:   , Alfaro Pozo Rocío 
Published: October 2023

In this thesis it is studied the mixed-model sequencing problem with work overload or uncompleted work minimisation (MMSP-W). Indeed, four variants from the original problem are estudied with the aim of leading the problem from the literature to both the productivity improvement and the improvement of working conditions of the line operators. Because of this, different aspects from real situations that occur in the current production systems are taken into account.
The first studied variant considers workstations arranged in series, the possibility that several homogenous processors can get together at the same workstation and the possibility that any workstation can hold any product unit a time greater than the cycle time in order to complete all the requiered work. Two equivalent mathematical models are the fruit of this variant and they will serve as the starting point of the following studied variants. These models focus on optimising the work overload or the uncompleted work. The second variant incorporates concepts from the JIT management ideology. In fact, in addition to minimise the work overload or maximise the completed work, this variant considers the advantage of obtaining product sequences with an homogeneous distribution of the required work, completed work or work overload, throughout time. The result of this study will be a set of mono and multi-objective models whose purpose will be to minimise the work overloads avoiding undesirable excess efforts for human resources and regularising the product sequence. The third variant considers variable processing times of the operations regarding the work pace of workers throughout the workday. Thus, based on the idea that the activity or work pace of workers is not constant over time, differents functions for the activity factor are defined. These functions will force an increase of work rythm of operators at certain moments of the workday and therefore the operators will be able to complete more requiered work, at the same time, and therefore, the work overload will be reduced.In the last proposed variant, taking into account the presence of human resources at workstations, the labour conditions agreed between company and trade unions are considered. Indeed, we have considered working conditions with respect to the saturation or ocupation level of operators of the line. Thus, new mathematical models for the MMSP-W are formulated. These models respect the maximum values of medium and maximum saturation of the processors of workstations which have been established by collective agreements.
Finally, note that all the variants studied are evaluated through a case study related to the Nissan engine plant in Barcelona. Thus, it is possible to compare the results obtained by the reference models with the models proposed in this thesis from a computational, economic, social and legal perspective.
En esta tesis se estudia el problema de secuencias de productos mixtos, en líneas de producción, que minimizan el trabajo no completado o sobrecarga (MMSP-W: Mixed-Model Sequencing Problem with Workload Minimisation) . En efecto, con el objetivo de orientar el problema de la literatura no sólo a la mejora de la productividad, sino también a la mejora de las condiciones laborales de los operarios de la línea, se estudian cuatro variantes, en las que se incorporan aspectos propios de situaciones reales que se dan en los sistemas productivos actuales . La primera variante estudiada, además de considerar estaciones de trabajo dispuestas en serie y, por tanto, vinculadas entre sí, considera la posibilidad de que en una misma estación puedan concurrir, simultáneamente, diversos procesadores homogéneos, así como la posibilidad de que todas las estaciones puedan retener todas las unidades de producto un tiempo superior al tiempo de ciclo, con el fin de completar el trabajo requerido. Fruto de esta variante son dos modelos matemáticos equivalentes que servirán como punto de partida de las siguientes variantes estudiadas y cuyos objetivos se basan en la optimización de la sobrecarga o del trabajo completado. La segunda variante, incorpora conceptos propios de la ideología de gestión JIT (Just In Time), pues además de minimizar la sobrecarga o maximizar el trabajo completado, se considera la conveniencia de obtener secuencias de productos de forma que, tanto el trabajo requerido, como el completado o como la sobrecarga, correspondiente a todas las estaciones, se distribuya homogéneamente a lo largo de la jornada laboral. El resultado de este estudio será un conjunto de modelos multi- y mono-objetivos, cuyo propósito será el de minimizar la sobrecarga de trabajo evitando sobre-esfuerzos no deseables para los recursos humanos y regularizando la secuencia de productos. En la tercera variante, se consideran tiempos variables de las operaciones en función del ritmo de trabajo de los operarios a lo largo de la jornada. Psi, en base a la idea de que la actividad de los operarios no se mantiene constante a lo largo el tiempo, se definen diferentes perfiles para el factor de actividad de los operarios. Estos perfiles forzarán un aumento de la velocidad de trabajo de los operarios, en determinados momentos de la jornada laboral, completando así mayor cantidad de trabajo requerido y, por tanto, reduciendo la sobrecarga global. Por último, teniendo en cuenta, también, la presencia de recursos humanos en las estaciones de trabajo, se consideran las condiciones laborales pactadas entre empresa y sindicatos, respecto a la saturación o nivel de ocupación de los operarios de la línea. De este modo, se formulan nuevos modelos matemáticos para el MMSP-W, que además de minimizar la cantidad de trabajo perdido, respetan los valores máximos, establecidos por convenio , en cuanto a la saturación media y máxima de los procesadores de las estaciones de trabajo. Finalmente, cabe destacar que todas las variantes estudiadas se evalúan mediante un caso de estudio vinculado a la planta de motores de Nissan en Barcelona. De esta manera, se podrán comparar los resultados obtenidos con los modelos de referencia, con los obtenidos con los modelos propuestos a lo largo de esta tesis, tanto desde un punto de vista computacional, económico, social y legal.
Actualment, són molts els sistemes productius en els quals la fabricació o muntatge, de tota o part de la producció, es duu a terme en línies de producció. A mes, l’exigència actual del mercat fa que cada vegada sigui mes necessari que les companyies ofereixin una gran varietat de productes amb diferents opcions. Aquesta situació podem trobar-la fàcilment al sector de l’automòbil, on es fabriquen diferents tipus de productes, que malgrat pertànyer a la mateixa família, posseeixen diferents característiques i requereixen, per tant, diferent consum de components i ús de recursos.
En efecte, no tots els vehicles porten el mateix tipus de motor i no tots els vehicles estan equipats amb els mateixos components, tant interiors com a exteriors. Un clar exemple d’aquest tipus de línies de productes mixtos (MMAL, Mixed-Model Assembly Lines) són les línies de motors o les línies d’assemblatge on s’incorporen els diferents components (seients, pedals) al cos del vehicle. Aquesta varietat a la gamma de productes, provoca la necessitat que les línies de producció o muntatge actuals siguin flexibles i, per tant, puguin adaptar-se a la diversitat de tipus de productes que es realitzen en elles, sense incórrer en costos excessius.
Així, amb l’objectiu de flexibilitzar i reduir costos, tant de mà d’obra com de manipulació i emmagatzematge, les línies de muntatge de productes mixtos presenten dos problemes bàsics: (1) l’equilibrat de la línia i (2) la seqüenciació d’unitats de productes mixts.
Dins d’aquests últims es troba el problema, objecte d’estudi d’aquesta tesi, conegut dins la literatura com MMSP (Mixed-Model Sequencing Problem). Aquest problema consisteix en establir un ordre de fabricació dels productes amb l’objectiu de: (1) minimitzar els nivells d’estoc de productes i components; (2) minimitzar la sobrecàrrega de treball o la quantitat de treball no completat; o (3) minimitzar el nombre de sub-seqüencies amb opcions especials.
Concretament, en aquesta tesi s’estudia el problema de seqüències de productes mixtos, dins línies de producció, que minimitzen el treball no completat o sobrecàrrega (MMSP-W: Mixed-Model Sequencing Problem withWorkload Minimisation). En efecte, amb l’objectiu d’orientar el problema de la literatura no només a la millora de la productivitat, sinó també a la millora de les condicions laborals dels operaris de la línia, s’estudien quatre variants, en les quals s’incorporen aspectes propis de les situacions reals que es donen en els sistemes productius actuals.
La primera variant estudiada, a mes de considerar estacions de treball disposades en sèrie i, per tant, vinculades entre si, considera la possibilitat que en una mateixa estació puguin concórrer diversos processadors homogenis, així com la possibilitat que totes les estacions puguin retenir totes les unitats de producte un temps superior al temps de cicle, amb la finalitat de completar el treball requerit. Aquesta variant donarà com a resultat dos models matemàtics equivalents, els objectius dels quals es basaran en l’optimització de la sobrecàrrega de treball o del treball completat i ambdós serviran com a punt de partida per a les següents variants estudiades.
La segona variant, incorpora conceptes propis de la ideologia de gesti ´o JIT (Just In Time), doncs a mes de minimitzar la sobrecàrrega o maximitzar el treball completat, es considera la conveniència d’obtenir seqüències de productes de manera que, tant el treball requerit, com el completat, o com la sobrecàrrega de treball, corresponent a totes les estacions en una jornada laboral, es distribueixi homogèniament al llarg del temps. Aquest estudi donarà lloc a nous models multi i mono-objectius, el propòsit dels quals serà el de minimitzar la sobrecàrrega de treball evitant sobreesforços no desitjables per als recursos humans.
A la tercera variant, es consideren temps variables de les operacions en funció del ritme d’activitat dels operaris al llarg de la jornada. Així, sobre la base de la idea que l’activitat dels operaris no es manté constant al llarg el temps, es defineixen diferents perfils per al factor d’activitat dels operaris. Aquests perfils forçaran un augment de la velocitat de treball dels operaris, en determinats moments de la jornada laboral, completant així major quantitat de treball requerit i, per tant, reduint la sobrecàrrega global.
Per últim, tenint en compte, també, la presència de recursos humans en les estacions de treball, es consideren les condicions laborals pactades entre empresa i sindicats, respecte a la saturació o nivell d’ocupació dels operaris de la línia. D’aquesta manera, es formulen nous models matemàtics per el MMSP-W, que a mes de minimitzar la quantitat de treball perdut, respecten els valors màxims, establerts per convenis, quant a la saturació mitjana i màxima dels processadors de les estacions de treball.
Finalment, cal destacar que totes les variants estudiades s’avaluen mitjançant un cas d’estudi vinculat a la planta de motors de Nissan a Barcelona. D’aquesta manera, es podran comparar els resultats obtinguts amb els models de referència, amb els obtinguts amb els models proposats al llarg d’aquesta tesi, des d’un punt de vista computacional, econòmic, social i legal.