Propuesta de mejora continua para una planta de fundición de aluminio bajo la aplicación de ...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE
INGENIERÍA Y CIENCIAS SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS
SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN

PROPUESTA DE MEJORA CONTINUA PARA UNA PLANTA
DE FUNDICIÓN DE ALUMINIO BAJO LA APLICACIÓN DE
TÉCNICAS DE LEAN SIGMA.

T E S I S

QUÉ PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
MAESTRO EN INGENIERÍA INDUSTRIAL

PRESENTA:
HIRAM FLORES RUIZ

DIRECTOR:
DR. JUVENAL MENDOZA VALENCIA

México D.F. 2015
Sip14

2
Carta de Cesión de derechos

3
“No somos de la universidad, somos de la vida”
Este trabajo está dedicado a la memoria de mi hermano que no logrará
leer este texto, tendré que platicárselo cuando lo alcance en el infinito.
Alejandro E. Cárdenas
(1986-2014)
4
Agradecimientos
Es muy grato para mi terminar mi segundo gran trabajo, primero me llene de gusto al terminar la tesis de
licenciatura, ahora toca la de la maestría. Es una sensación indescriptible, enorme y de extrema felicidad,
lo que aún me cuesta trabajo creer es que he concluido una gran etapa de mi vida profesional al entregar
este pequeño gran trabajo.
Lo que me sorprende enormemente es la cantidad de personas que estuvieron involucradas en este
trabajo, personas que aunque no lo quieran creer me acompañaron y escribieron junto a mi cada letra,
palabra y párrafo. En verdad les quiero agradecer con todo mi corazón, con todo mí ser, el apoyo que me
proporcionaron para cumplir esta gran meta y claro, aquí es donde comienzo.
 A mi madre Catalina y a mi Padre Apolonio; por fomentar ese compromiso con la profesión y con
el crecimiento en todos los aspectos de mi vida.
 A mi hermana Lizzzy y mis hermanos Daniel y Angel; que todo el tiempo me echaron las porras
para seguir adelante y motivarme para ser tan grande como ellos.
 A mis amigos, Marcos y Jose Luis; siempre buscaron alivianar esa enorme carga que es trabajar y
estudiar.
 A mi Adriana, mi Wuera hermosa; que todo el tiempo estuvo de mi mano para darme todo su
amor, apoyo incondicional y una bella sonrisa que en esos momentos difíciles me motivara a salir
adelante.
 A mi asesor de tesis, Dr. Juvenal Mendoza; por la enorme paciencia que tuvo en lo que terminaba
este trabajo.
 A mi primera casa, la Universidad Nacional Autónoma de México; por formarme como Ingeniero
Químico Metalurgico y fomentar esa sed de conocimiento.
 A mi segunda casa, el instituto Politécnico Nacional; por darme el orgullo de ser Maestro en
Ingeniería en una de las instituciones de mayor renombre en México y Latinoamérica
 A la UPIICSA; por darme todo el conocimiento sobre Ingeniería Industrial y lograr crear un líder
de alto desempeño.
 A Crouse Hinds by Eaton, empresa que me permitió conocer lo que es ser un líder de proyectos
de mejora continua y explotar mi conocimiento metalúrgico y de manufactura.
Sé que me hace falta mucha, pero mucha gente; pero créanme, nunca acabaría de agradecer todo lo
que he recibido por parte de toda la gente maravillosa que me acompaño en esta tesis. Tan solo quiero
cerrar como dice el Maestro Cerati.
¡Gracias Totales!

5
Índice

Sip14 ............................................................................................................................................................. 2
Carta de Cesión de derechos ........................................................................................................................ 3
Agradecimientos ........................................................................................................................................... 5
Índice ............................................................................................................................................................ 6
Listado de Figuras. ..................................................................................................................................... 10
Listado de Gráficos. .................................................................................................................................... 13
Listado de Tablas. ....................................................................................................................................... 14
Resumen. ..................................................................................................................................................... 16
Abstract. ...................................................................................................................................................... 17
Introducción. ............................................................................................................................................... 18
Capítulo 1. Generalidades de la investigación. .......................................................................................... 20
1.1 Empresa de estudio. .................................................................................................................... 20
1.2 Justificación ................................................................................................................................ 22
1.3 Planteamiento del problema ........................................................................................................ 24
1.3.1 Procesos de fundición. ........................................................................................................ 27
1.4 Objetivo general .......................................................................................................................... 43
1.5 Objetivos específicos .................................................................................................................. 43
1.6 Preguntas ..................................................................................................................................... 43
Capítulo 2. Fundamento Teórico. ............................................................................................................... 44
2.1 Lean Sigma. ................................................................................................................................ 44
2.1.1 Lean Manufacturing ............................................................................................................ 46
2.1.2 Metodología para proyectos Six Sigma (DMAIC). ............................................................. 51
6
2.2 El VSM (Value Stream Map) como herramienta del despliegue estratégico de Lean Sigma. .... 57
2.2.1 Comenzando el VSM .......................................................................................................... 57
2.2.2 El estado Actual .................................................................................................................. 66
2.2.3 El estado Futuro .................................................................................................................. 69
2.3 Metalurgia del Aluminio. ............................................................................................................ 72
2.3.1 Fundición de piezas de aluminio ......................................................................................... 75
2.3.2 La mejora continua en procesos de fundición. .................................................................... 76
Capítulo 3. Metodología de la investigación. ............................................................................................. 80
3.1 Diseño de la investigación cuantitativa ....................................................................................... 80
3.2 Establecimiento de la hipótesis ................................................................................................... 81
3.3 Instrumentación de recolección de datos..................................................................................... 81
3.3.1 Hojas de registro de desempeño .......................................................................................... 81
3.3.2 Tablero hr x hr ..................................................................................................................... 81
3.3.3 Tablero QRB ....................................................................................................................... 82
3.3.4 Registro diario de scrap ....................................................................................................... 82
3.4 Procesamiento de datos ............................................................................................................... 82
3.4.1 Prueba de normalidad (Anderson-Darling). ......................................................................... 83
3.4.2 Carta de control estadístico (Gráfico I-MR para individuos). .............................................. 84
3.4.3 Metodología para Estudio R&R por atributos e interpretación de datos arrojados por
Software Minitab®. ............................................................................................................................. 86
3.4.4 Metodología para el cálculo del Takt Time. ........................................................................ 96
Capítulo 4. Desarrollo de la estrategia de mejora continua bajo la aplicación de técnicas de Lean Six
Sigma. ......................................................................................................................................................... 98
4.1 Situación actual de la empresa (Define)...................................................................................... 99
4.1.1 Crear Carta de Proyecto (Criterio de selección) ............................................................... 100
4.1.2 Identificación de StakeHolders (Miembros interesados) ................................................. 100
7
4.1.3 Seleccionar equipo ............................................................................................................ 101
4.1.4 Plan de trabajo. ................................................................................................................. 102
4.2 Medición de los métricos claves y obtención de información (Measure) ................................. 103
4.2.1 Definir el proceso ............................................................................................................. 103
4.2.3 Establecer métricos principales y secundarios ................................................................. 110
4.2.4 Validar el sistema de medición. ........................................................................................ 113
4.2.5 Documentar el estado actual. ............................................................................................ 126
4.3 Análisis de la causa raíz (Analyze) ........................................................................................... 131
4.3.1 Takt Time y gráfica de carga. ........................................................................................... 131
4.3.1 Generación de estado actual de la compañía (VSM Actual State). ................................... 134
4.3.2 Identificación de las áreas de oportunidad ........................................................................ 139
4.3.3 Generación del estado futuro (VSM Future State) ............................................................ 147
4.4 Generación de estrategia de implementación de plan integral de mejora (Improvement) ........ 151
4.4.1 Creación de Kanban y FIFO ............................................................................................. 151
4.4.2 TPM .................................................................................................................................. 153
4.4.3 Six Sigma .......................................................................................................................... 154
4.4.4 SMED ............................................................................................................................... 155
4.4.5 Automatización de proceso manual y ubicación de horno basculante o cuchara de vaciado.
156
4.4.5 Reducir Enfriamiento ........................................................................................................ 157
4.4.6 Trabajo estándar y 5S’s ..................................................................................................... 158
4.4.7 Nuevo Takt Time y grafico de carga................................................................................. 158
4.5 Planificación de estrategia de control y manutención de mejoras (Control) ............................. 160
Conclusiones. ............................................................................................................................................ 161
Referencias ................................................................................................................................................ 163
Anexos ....................................................................................................................................................... 168
8
Anexo 1. Glosario ................................................................................................................................. 168
Anexo 2. Datos generales. .................................................................................................................... 171
Anexo 3. Análisis estadístico de información para capítulo 4. ............................................................. 182

9
Listado de Figuras.
Capítulo 1. Generalidades de la investigación.
Figura 1. 1 Sectores donde Cooper Industries es líder (Eléctrico, Petrolero, Industrial y Energético).________ 20
Figura 1. 2 Fotografía aérea de Cooper Crouse – Hinds México. _____________________________________ 21
Figura 1. 3 Distintos tipos de productos manufacturados en Cooper Crouse – Hinds México. ______________ 21
Figura 1. 4 Diagrama general del moldeo en verde: Rojo moldeo; azul fusión; naranja vaciado y lila desmoldeo.
____________________________________________________________________________________________ 28
Figura 1. 5 Plantas de fundición en Cooper Crouse – Hinds México. Planta A (Azul) y Planta B (Roja). _____ 28
Figura 1. 6 Molde con 8 piezas. _________________________________________________________________ 29
Figura 1. 7 Molde con 4 piezas. _________________________________________________________________ 30
Figura 1. 8 Estructura de equipo de moldeo para fundición en Planta A de Cooper Crouse – Hinds México. _ 31
Figura 1. 9 Estructura de equipo de moldeo para fundición en Planta B de Cooper Crouse – Hinds México. _ 31

Capítulo 2. Fundamento Teórico.
Figura 2. 1 Descripción grafica de la reproducibilidad ........................................................................................... 54
Figura 2. 2 Descripción grafica de la repetibilidad .................................................................................................. 55
Figura 2. 3 Flujo de información y materiales. ........................................................................................................ 58
Figura 2. 4 Matriz Producto vs Pasos de Manufactura. .......................................................................................... 59
Figura 2. 5 Responsabilidad del gerente VSM. ........................................................................................................ 60
Figura 2. 6 Pasos iniciales del VSM. ........................................................................................................................ 61
Figura 2. 7 Ejemplo de tiempo ciclo en motor de combustión interna. ................................................................... 62
Figura 2. 8 Grafica de carga, donde se realiza la comparación entre Takt time alto, bajo y acorde al del cliente.
..................................................................................................................................................................................... 64
Figura 2. 9 Figura representativa del Lead Time. .................................................................................................... 64
Figura 2. 10 Simbología establecida para el VSM. .................................................................................................. 68
Figura 2. 11 Ejemplo de estado actual. ..................................................................................................................... 69
Figura 2. 12 Ejemplo de estado Futuro. ................................................................................................................... 71
Figura 2. 13 Aluminio elemental. ............................................................................................................................. 73
Figura 2. 14 Elementos aleantes del aluminio que conforman la mayoría de aleaciones coladas base aluminio. 74
Figura 2. 15 Etapas del moldeo en verde. ................................................................................................................. 75

Capítulo 3. Metodología de la investigación.
Figura 3. 1 Ejemplo de pregunta aplicada en examen para validación de tiempos muertos. ................................. 86
Figura 3. 2 Ejemplo de defecto originado por el incorrecto vaciado del metal ....................................................... 88
Figura 3. 3 Ejemplo de defecto originado por moldeo ............................................................................................. 88
Figura 3. 4 Ejemplo de defecto originado por desmoldeo ........................................................................................ 89
Figura 3. 5 Forma de Presentar los datos en pantalla de inicio de Mintab® 16..................................................... 89
Figura 3. 6 Secuencia para evaluación de estudio de atributos ............................................................................... 90
Figura 3. 7 Gráficos de evaluaciones entre observadores para un estudio R&R por atributos .............................. 91
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