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Preparación para el desarrollo del producto en la fabricación de procesos

Escrito por: Predrag Jakovljevic
Publicado: marzo 10 2006

Introducción

Como se ha visto en varios artículos, como en Product Life Cycle Management in Process o Introducción al software para fabricación por procesos, lo que le falta de atractivo a la industria de fabricación de procesos, seguro lo tiene en complejidad. Por lo general, la fabricación se divide en dos categorías: de procesos y discreta (si no se cuentan algunos ambientes híbridos de modo mixto). Existen varias diferencias entre los dos ambientes, pero la mayoría se puede agrupar en dos áreas.

  1. Las que cuyas diferencias derivan de problemas de material
  2. Las que cuyas diferencias derivan de problemas de producción

Los materiales de fabricación de procesos (ingredientes y productos terminados) son diferentes que los de sus contrapartes de fabricación discreta. Los materiales de procesos son polvos, líquidos o gases especiales, que se deben mantener recluidos y que son más difíciles de medir de forma exacta. Los materiales de fabricación de los procesos por lo general también son procesados cerca de sus fuentes naturales (por ejemplo, granjas, minas, pozos petroleros, etc.). Además, los materiales no son de una calidad constante, lo que conlleva a extensos procedimientos de calidad, separación (control de lote), restricción de uso (por ejemplo, "este lote está bien para un cliente pero para otro no”), y por lo general, se necesita implementar la inclusión de atributos de calidad como parte de su definición de inventario.

Los materiales de procesos también pueden cambiar con el tiempo. Pueden mejorar, pueden empeorar e incluso pueden cambiar por completo su identidad (por ejemplo debido al proceso de envejecimiento o una vida en almacenamiento limitada). Además, los ingredientes por lo general vienen en una gran variedad de grados y especificaciones, que pueden impactar las propiedades de los bienes producidos. Esta variabilidad inherente conduce a retos de gestión del ciclo de vida del producto (PLM) y retos de las operaciones de la cadena de suministro o de producción.

Sin embargo son estas diferencias en los problemas de producción entre los ambientes de procesos y discretos, los que revelan la definición más simple de la fabricación de procesos: Una vez que se produce el producto final, no se puede destilar y obtener sus ingredientes básicos. Los materiales de procesos por lo general involucran operaciones de mezclar, unir, calentar, derretir y otras operaciones, mientras que la duración, las condiciones operacionales y la secuencia de los pasos de producción pueden tener un gran impacto en el material de producción. ¿Alguna vez alguien ha intentado regresar el jugo de naranja a su agua, azúcar, sodio y por supuesto naranjas originales; extraer el petróleo crudo de los derivados; o extraer los pigmentos de las pinturas? Por el contrario, uno puede desarmar un automóvil terminado y obtener sus componentes originales, como las llantas, bujías, ejes, chasis, y el bloque motor. Por lo tanto, donde en la fabricación discreta uno habla de partes o componentes, con la fabricación de procesos uno habla de ingredientes. De igual forma, las fórmulas toman el lugar de las nomenclaturas (BOM), y las unidades de medidas que se pueden convertir (por ejemplo, libras, bolsas, cajas, onzas y litros) se pueden relacionar con las unidades.

Por lo tanto los alimentos, bebidas, químicos, pinturas, medicinas y varios bienes de consumo empaquetados (CPG) se producen de forma muy diferente a sus contrapartes de fabricación discreta. Esto se debe a que la fabricación de procesos por lo general produce productos (incluyendo productos, subproductos y materiales recurrentes) con base en fórmulas o recetas que detallan los ingredientes, los pasos de producción y los parámetros de procesamientos, opuesto a las nomenclaturas precisas y las operaciones de encaminamiento, que son típicas cuando se fabrican y se ensamblan artículos discretos.

También existen más diferencias sutiles entre los dos tipos de fabricación. Una de estas diferencias es el hecho de que la fabricación de los procesos es escalable. Por ejemplo, si la fórmula dice 1,000 libras de harina para pastel, pero solamente tiene 500 libras, uno todavía puede hacer pasteles, solamente no puede hacer tantos. Por el contrario, en la fabricación discreta, una parte faltante significa que hay que esperar a que se tenga dicha parte antes de que la unidad de ensamblaje final pueda correr la producción en línea. Con la fabricación de procesos, uno también tiene a hacer productos en masa o en lotes, como en un tanque de coca o 500 galones de solvente, y luego en empaquetarlo para cumplir con las órdenes del cliente. Por otro lado, en la fabricación discreta se podría esperar ver un aparato o un automóvil al salir de la línea de producción.

Los retos de la fabricación de procesos

Por décadas, los vendedores de aplicaciones empresariales han empleado la tecnología para automatizar el proceso comercial que se encuentran en un ambiente de fabricación discreta, donde la complejidad recae en coordinar el la gran cantidad de partes pequeñas que se ensamblan en computadoras, minivans, televisiones. La capacidad necesaria para ensamblar la gran cantidad de partes y sub-componentes intermedias dentro de los bienes terminados es una simple función del número de ensambles que se realicen, que se pueden aumentar o reducir de acuerdo a la demanda.

Por otro lado, no es fácil realizar cambios en la fabricación de procesos. Por ejemplo, la cantidad de químicos que una planta puede producir se fijan por las características de diseño de los tanques y los envases de reacción que utiliza para realizarlos. La capacidad de adición es una tarea costosa que involucra meses de trabajo de diseño, seguido por proyectos de construcción de miles de millones de dólares. La eliminación del material no utilizado es otra operación costosa, incluso en casos en los que el material se le puede vender a otra planta. Es preferible volver a trabajar con el material no utilizado, pero esto requiere de una cuidadosa planificación para que la producción de productos de primera no se vea afectada.

Además, a diferencia de la fabricación discreta, cambiar de un producto a otro en una planta de procesos involucra mucho tiempo de improductivo durante el cual se lleva a cabo el mantenimiento y se limpian los recipientes y los tubos para prevenir la contaminación del producto. Un clásico ejemplo sería una cervecería, en la que se tiene que mezclar y fermentar una variedad de sabores de productos, y se manejan cientos o miles de acciones que involucran la complejidad de las pipas, tanques y suministros. Cuando se fabrica un tipo de cerveza, el tanque que se utiliza para producirla ya no está disponible para otras operaciones. El software de procesos efectivos de la planificación de los recursos de la empresa (ERP) necesita ser capaz de controlar cuánto tiempo se necesita para llenar el tanque, determinar qué ingredientes se van a utilizar y determinar cuánto tiempo necesita fermentarse la cerveza. Una vez que se completa el proceso de fermentación, el software debe programar cuándo se va a embotellar la cerveza y ver que el tanque se limpie. Cuando uno hace una extrapolación de este simple ejemplo de producto, se puede ver que programar toda la planta para cubrir la demanda del cliente de una variedad de productos es un proceso bastante complejo para los simples mortales. Se requiere un software especializado con capacidades matemáticas de alto nivel.

Desarrollo del producto para industrias orientadas a procesos

El desarrollo del producto puede ser un reto para los fabricantes de procesos, ya que los requisitos del desarrollo del producto difieren ampliamente entre los dos estilos de fabricación. Debido a que los sistemas PLM de procesos se basan en recetas y fórmulas (para mayor información acerca de qué constituye un sistema PLM completo, consulte Los componentes críticos de un sistema E-PLM y The Many Faces of PLM), y debido a la variabilidad antes mencionada de la calidad de los ingredientes, los diseñadores de productos con frecuencia deben experimentar con múltiples formulaciones antes de que logren el resultado deseado. Definir y formular productos dirigidos a la industria y basados en recetas puede ser un proceso complejo, que involucra desarrollar, perfeccionar y proteger los productos de franquicia, sus sucesores potenciales e incluso los prototipos fallidos que los precedieron. Con frecuencia, como parte del proceso de desarrollo, se le tienen que proporcionar los materiales al cliente de forma gratuita, para que los clientes puedan evaluar el desempeño del producto en su proceso. Este ir y venir entre los clientes y los desarrolladores se puede reiterar varias veces. Por lo que, varios productores siguen luchando por balancear los costos de desarrollo y de producción (mientras se factoriza el impacto de la capacidad de fabricación y la velocidad de la cadena de suministro), contra el valor potencial del nuevo producto.

Además, el desarrollo del producto se está convirtiendo poco a poco más acerca del servicio del cliente que acerca del mero producto y de la innovación del proceso, esto involucra, por ejemplo, el desarrollo de productos únicos para algunos clientes. Los clientes cada vez más demandan servicios que van más allá de la simple entrega y reabastecimiento. Esto es especialmente cierto cuando se trata de químicos especiales, donde el desarrollo del producto es una relación uno a uno con el cliente y el entendimiento de sus necesidades que lo que es crear una mejor molécula, ya que en esta industria las marcas cuentan mucho menos que en, por ejemplo, el sector automotriz o de menudeo.

Sin embargo, al combinar las capacidades PLM orientadas a la industria de procesos con las capacidades de ERP orientadas a la fabricación de procesos, puede ser posible producir una solución de gestión de muestras unificada que le permitiría la entrega de muestras de productos con propósitos de evaluación de la misma forma en la que se entregan los productos comercializados. Además, al combinar estos sistemas PLM con las soluciones de gestión de la cadena de suministro (SCM) orientadas a la fabricación de procesos podría proporcionar capacidades adicionales para optimizar la receta como la evaluación del inventario actual para desarrollar mejores fórmulas o recetas de productos menos costosas. Tal evaluación debería acelerar los procesos de introducción y el desarrollo del nuevo producto (NPDI) o del lanzamiento y el desarrollo del nuevo producto (NPDL), y ayudar a reducir los costos de desarrollo y acortar el tiempo de comercialización para los productos mundiales.

Esto sería de gran ayuda en el sector de químicos especiales, donde el proceso de NPDI gana más negocios al reconocer y explotar las necesidades del cliente (por ejemplo, para adhesivos, agentes de olor o sabor, polímeros, etc.) que al ser pionero en un nuevo mercado con una innovación puramente tecnológica. En varias compañías químicas, pero en especial en las compañías de químicos especiales, cada orden puede representar un nuevo producto, ya que con frecuencia es suficiente con modificar una fórmula existente o reemplazar este ingrediente químico por aquel. Por lo tanto, mientras más rápido sea el tiempo de comercialización y de volumen, será más grande la ventaja que tengan estas compañías sobre su competencia, y será más grande la oportunidad de obtener participación en el mercado.

Requisitos de regulación para la fabricación de procesos

Las industrias orientadas a los procesos también se pueden beneficiar del reciente enfoque en la gestión de regulación dentro del contexto del desarrollo del producto, que pone en paralelo la tendencia general industrial hacia una mejor gestión de requisitos de regulación global y del impacto ambiental (consulte, Atrion User Conference Highlights Need for Regulatory Compliance in PLM). Esto se debe a que los fabricantes de procesos se enfrentan a distintos requisitos de regulación que sus contrapartes en la fabricación discreta, ya que tienen demandas adicionales en su software. El problema está en dirigir el cumplimiento de una manera de costo efectiva. Todos los beneficios de PLM (incluyendo la introducción más rápida de productos al mercado; la reducción de costos del producto; el aumento de la calidad del producto; la reducción de desperdicio; y un portafolio de productos más valioso) los eventos de incumplimiento que impactan a la compañía a través de penalizaciones, publicidad negativa, o prohibiciones para vender el nuevo producto en los mercados clave pueden borrar dichos beneficios rápidamente.

De hecho, la gestión de regulación se está volviendo más importante solo por que varios cuerpos de regulación han renovado su enfoque en el cumplimiento del producto. Debido a que estos requisitos de regulación varían de industria a industria, al igual que muchos otros requisitos PLM (consulte PLM Is an Industry Affair—Or Is It?), y debido a que la funcionalidad PLM se está convirtiendo en un elemento esencial de un portafolio de aplicaciones empresariales, la funcionalidad específica de la industria es cada vez más importante para los compradores de aplicaciones empresariales.

Por ejemplo, ciertos sectores de fabricación discreta están enfrentando nuevos requisitos de regulación. Por ejemplo, las compañías automotrices deben dirigir los nuevos requisitos del principio de documentación y contabilidad de mejoras para el retiro de transporte (TREAD) en Estados Unidos, mientras que las compañías de electrónica y alta tecnología en la Unión Europea (EU) deben cubrir las demandas de la legislación de desperdicios de equipo eléctrico y electrónico (WEEE).

En el lado de la fabricación de procesos, las regulaciones de la industria de alimentos va desde el desarrollo de información nutricional y alérgica para el etiquetado del producto, hasta la definición de los puntos de control para prevenir la contaminación a través de un proceso de punto de control crítico y análisis de riesgo (HACCP). Los crecientes miedos acerca del terrorismo biológico y las preocupaciones con la seguridad y la integridad de los productos están generando nuevas regulaciones gubernamentales que requieren las compañías de alimentos y bebidas para rastrear productos a través de su ciclo de vida. Esto significa que la tecnología que rastree el génesis original del suministro alimenticio es de suma importancia. Por lo que las regulaciones gubernamentales están conduciendo el sector para invertir en tecnologías y sincronizar el etiquetado de productos con sistemas de formulación. Para mayor información, consulte Process Manufacturing: Industry Specific Requirements Part One: Introduction and Food and Beverage.

La fabricación y el uso de químicos peligrosos también están gobernados por regulaciones estrictas, en especial en Norteamérica y Estados Unidos. Por lo que, la industria química y las compañías que confían en los químicos dentro de sus plantas, deben dirigir una gran cantidad de regulaciones, incluyendo la sustancia peligrosa y las restricciones (ROHS) y otras regulaciones que requieren de un análisis compuesto, el desarrollo de hojas de datos de seguridad del material (MSDS) La industria química también debe lidiar con el impacto de la clasificación Europea y las inspecciones de etiquetado de las preparaciones, incluyendo las hojas de datos de seguridad (ECLIPS); el registro, la evaluación y la autorización de químicos (REACH), clasificación y etiquetado de químicos (GHS). Para mayor información, consulte Process Manufacturing: Industry Specific Requirements; Part Two: Chemical.

Pero es la ciencia de la vida y los fabricantes farmacéuticos los que enfrentan posiblemente las restricciones más duras de todas, pues requieren la adherencia estricta a prácticas buenas de fabricación al igual que las reglas completas y reforzadas de la administración de alimentos y medicinas (FDA) Al implementar y asegurar el cumplimiento con las guías de seguridad de empleados, posiblemente reglas de contrato de comida, emisiones de monitoreo (que se delinean por los permisos de regulación); e incluso validan el origen y la composición de los productos son procesos críticos para la misión que contribuyen al costo de hacer negocios.

Para algunos fabricantes, se les añade otra capa de complejidad al introducir materiales y alimentos peligrosos que están bien regulados y que deben ser reportados. El software puede simplificar mucho esto de dos formas. Primero, al crear una nueva fórmula o modificar la existente, tal fórmula se debe analizar y ver si cuenta con la presencia de materiales peligrosos. Realizar esta revisión requiere una actualización continua y una lista actualizada de materiales regulados que son considerados como peligrosos. Asimismo requiere conocimiento del porcentaje de estos materiales relativos a otros ingredientes.

En segundo lugar, el reporteo de materiales peligrosos debe cumplir con un formato específico, en concreto MSDS. Estas hojas MSDS por lo general acompañan el conocimiento de embarque (BOL) del cliente; y por lo tanto debe integrarse con el proceso de facturación. Mientras que se pueden mantener copias MSDS en el archivo y unir manualmente el BOL, la mayoría de las compañías no querrán arriesgarse a no cumplir y en su lugar buscarán un remedio automatizado. De igual forma, la mayoría de las compañías no querrán confiar en procedimientos manuales para determinar cuando una fórmula o un producto requiere un MSDS actualizado. En su lugar, estas compañías buscarán tener una notificación actualizada incorporada en su software ampliamente empresarial, para poder generar automáticamente nuevos MSDS cuando sean necesarios. Por lo tanto, es aparente que la programación del cumplimiento de materiales peligrosos no es un asunto trivial, en especial cuando se toma en cuenta que involucra un procesamiento y unión de listas, un porcentaje del análisis total, la programación y el formateo.

Vendedores de soluciones PLM para industrias de procesos

Tales problemas de cumplimiento de regulación son únicamente una razón por la que las soluciones dirigidas a la industria son necesarias para soportar de forma adecuada el desarrollo del producto dentro de las industrias de procesos. Un número de vendedores, incluyendo SAP, Oracle, Ross Systems/CDC Software, 3i-Infotech, y SSA Global, ofrecen soluciones software específicamente para industrias de procesos. Sin embargo, al adquirir recientemente Formation Systems, un proveedor PLM enfocado en industrias de procesos (consulte Formation Systems Pioneers Product Design Collaboration for the Process Industries), Infor ha astutamente explotado el potencial de Infor Process Group y aumentado la barra para sus archirivales de la industria de procesos. La alianza entre el producto ERP de procesos SSI TROPOS y la solución PLM Ramesys Creations también puede dar como resultado una oferta de producto exitosa principalmente para los clientes con sede en UK de las compañías.

 
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