Plan Director de extensión de la capacidad de producción de una fábrica de lentes

PLAN DIRECTOR DE EXTENSIÓN DE LA CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN DE UNA FÁBRICA DE LENTES
Autor: Méntrida Zamarra, Sergio.
Director: Sáenz Escuder, Julián.
Entidad Colaboradora: I.P.S. Spain S.A.

RESUMEN DEL PROYECTO
Proyecto con la empresa I.P.S. Spain sobre la realización de un Plan Director para la extensión de la capacidad de producción de una fábrica de lentes de la empresa CODIR. En el desarrollo del Plan, se ha elaborado un estudio de operaciones de la planta de producción, y se ha concluido con una serie de entregables del Plan. Estos han servido para definir el proyecto de extensión de capacidad y ofrecer una guía para su posible ejecución.

1. Introducción
CODIR, la subsidiaria del grupo KRYS, produce lentes de alto valor añadido en una fábrica situada en Bazainville, Francia. La planta de producción sufre limitaciones de espacio para crecer y desarrollar su actividad con normalidad, y opera al máximo de su capacidad produciendo 1,4 millones de lentes al año.
No todos los cristales siguen un mismo proceso de fabricación, pero la gran mayoría pasan por 4 talleres principales de Mecanizado, Endurecimiento, Tratamiento Antirreflejos y Recorte. Las órdenes de fabricación que nacen en el Mecanizado y finalizan con el etiquetado y empaquetado final posterior al Recorte, deben de estar entregadas en menos de 72 horas, y por ello la planta opera con 3 turnos de 8 horas al día casi todos los días de la semana.
La demanda creciente de lentes cada año ha hecho que el grupo KRYS considere unos objetivos de producción para el año 2023 en su plan industrial, para los 4 talleres principales del proceso de fabricación de una lente. De 1,4 millones de lentes de capacidad productiva en 2019 en los 4 talleres, se han marcado como objetivos 1,8 millones en los 3 primeros talleres, y 3,5 millones en el taller de Recorte. Junto con estos objetivos de capacidad de producción, la compañía CODIR quiere optimizar y automatizar parte del proceso actual, y reducir al máximo el tiempo de entrega de los pedidos.

2. Estado del arte
Para cumplir con los requerimientos de producción y de mejoras del proceso productivo, la empresa CODIR ha contratado a I.P.S. Spain para tratar de definir los pasos a seguir. Se ha realizado un Plan Director para estudiar la ampliación de la capacidad de la planta, junto con una mejora de los procesos de producción.
Un Plan Director sirve para dar respuesta a una necesidad de inversión en el ámbito industrial, y sus principales componentes son:
• Definición de la estrategia y requerimientos clave
• Estudio de operaciones a nivel de producción y de logística
• Plano conceptual de la implantación escogida
• Planificación e hitos para cumplir los objetivos
• Estimación del presupuesto necesario
• Análisis de posibles riesgos
Estos entregables sirven de guía para la realización del posible proyecto, y la verificación del cumplimiento de las exigencias del plan industrial del grupo KRYS. Una parte de estos puntos se han desarrollado en este trabajo, con especial énfasis en el estudio de operaciones a nivel de producción. Este estudio ha definido el alcance del proyecto en términos de extensión de capacidad, para luego precisar su puesta en marcha con otros puntos del Plan Director como la planificación o la estimación del presupuesto necesario.

3. Objetivos del proyecto
Por tanto, los objetivos de este trabajo han sido:
- Realizar un estudio de la capacidad de producción existente, mediante un estudio de los flujos de materiales, personas y procesos de la planta
- Determinar los recursos necesarios mínimos para garantizar el cumplimiento de la demanda prevista para el año 2023
- Ofrecer, en un listado de proyectos viables, mejoras en los procesos de producción para aumentar la capacidad, reducir los costes operativos, y limitar el trabajo manual de poco valor añadido
- Simular la futura planta de producción mediante un programa de modelado incluyendo tanto los recursos añadidos del estudio de capacidad, como los proyectos de optimización del estudio de procesos. Comprobar que la futura planta es capaz de producir la demanda prevista para el año 2023 y determinar los futuros cuellos de botella
- Mediante los resultados del estudio de operaciones, establecer la inversión necesaria, la planificación y un análisis de riesgos para garantizar la realización del proyecto

4. Resultados
Los resultados, en coherencia con los objetivos definidos del trabajo, han sido los siguientes:
En primer lugar, se ha realizado un estudio de la capacidad de producción y se ha calculado la capacidad teórica necesaria de cada taller para lograr los objetivos fijados. Esta capacidad por alcanzar depende de la eficiencia, temporalidad de la demanda, y diversidad de producto de cada taller.
Se han determinado, para cada taller principal, los recursos mínimos a adquirir en términos de máquinas, superficie y operarios, para alcanzar la capacidad objetivo. Eliminando máquinas ya adquiridas pendientes de instalar, y otras máquinas consideradas como opcionales, se ha concluido que se deben obtener un total de 14 máquinas, con un coste de 4.4 M€ de adquisición, 16 operarios por turno para poder operarlas, y 635 m2 para su instalación.
En segundo lugar, se han evaluado las posibles mejoras de optimización y automatización de los procesos productivos. A través de la realización de un mapa de flujo de valor, se han identificado hasta 10 proyectos viables para su implantación en el marco de este proyecto, de forma complementaria a la adquisición de recursos mínimos necesarios. Con la compañía CODIR, se han clasificado 7 de estos proyectos como necesarios, y 3 como opcionales. La gran mayoría de los escogidos han tenido un impacto positivo en la capacidad de producción y es por ello por lo que se ha vuelto a determinar esta capacidad antes de comenzar la simulación.
Después de las dos primeras partes, se ha realizado una simulación de la futura planta de producción mediante el programa de modelado FlexSim. Se ha modelado la planta con los recursos añadidos de la primera fase, y los proyectos de optimización de la segunda, para dar veracidad a ambos estudios y comprobar que se han cumplido los objetivos iniciales.
Mediante la simulación de hasta 5 escenarios diferentes, se ha comenzado a esbozar una reorganización de la fábrica, y una extensión del terreno necesaria. Se ha verificado que el modelo es capaz de producir la demanda prevista para el año 2023, dimensionado los buffers necesarios entre procesos, determinado los futuros cuellos de botella del proceso, y verificado que los tiempos medios de fabricación han disminuido. Con la aprobación de CODIR respecto de la simulación, se ha concluido el estudio de operaciones, determinando qué máquinas y otros recursos son finalmente necesarios a adquirir, y la dimensión de la extensión de la fábrica.
Finalmente, se han definido las distintas componentes del Plan Director. Se han detallado principalmente el presupuesto, la planificación, y el análisis de riesgos elaborados para la realización del proyecto. Se ha clasificado el presupuesto entre necesario, opcional, y contingencias previstas en el análisis de riesgos.
El coste mínimo de realización del proyecto se ha estimado en 14 M€, con posibilidad de añadir máquinas consideradas como opcionales por 2,1 M€, y con un plan de contingencias de 4 M€.
Se ha estimado la realización del proyecto en 33 meses, con un plan para posibles imprevistos de 6 meses extra, sumando el impacto de todos los posibles riesgos. Se han planificado los trabajos de construcción, instalación de equipos y traslados de maquinaria de tal forma que interrumpan lo más mínimamente la producción. Comenzando la preparación del proyecto en julio de 2020, se llegaría a tener en disponible la fábrica con todas las extensiones de capacidad en mayo de 2023.
Las contingencias en el presupuesto y la planificación anteriores se han calculado a partir del análisis de riesgos realizado. Para ello se han listado todos los riesgos considerados por sus causas y efectos. Se han identificado los riesgos con mayor probabilidad e impacto, y determinado las acciones a tomar para tratar de mantener los riesgos lo más controlados posible.

5. Conclusiones
De la necesidad de ampliación de la capacidad industrial de la empresa CODIR, se ha realizado un Plan Director. Con este Plan, se ha tratado de cumplir los requerimientos de extensión de la capacidad de producción, mejora de procesos productivos y reducción del tiempo de entrega de las lentes.
El Plan Director ha concluido con la estimación de la realización del proyecto en un coste de 14 M€, una duración de 33 meses, y un plan de posibles imprevistos de 2 M€ y 6 meses de duración extra. Estos resultados, junto con el resto de entregables del Plan, han sido la guía para el grupo KRYS para determinar si el proyecto se ejecuta finalmente, de acuerdo con el caso de negocio definido por la compañía. La realización de planes de este tipo ayuda a las empresas de producción a proyectar y planificar la inversión necesaria para llevar a cabo su desarrollo industrial, que debe ajustarse a los requerimientos de su plan de negocio y confirmar su rentabilidad.

MASTER PLAN FOR THE EXTENSION OF THE PRODUCTION CAPACITY OF A LENSES FACTORY
Author: Méntrida Zamarra, Sergio.
Supervisor: Sáenz Escuder, Julián.
Collaborating Entity: I.P.S. Spain S.A.

ABSTRACT
Project with the company I.P.S. Spain on the realization of a Master Plan for the extension of the production capacity of a lens factory, of the CODIR company. In the development of the Plan, an operational study of the production plant has been performed, and it has been concluded with some deliverables. These have been useful to define the capacity expansion project and to offer guidelines for its possible execution.

1. Introduction
CODIR, the subsidiary of the KRYS group, produces high added value lenses in a factory located in Bazainville, France. The production plant suffers space limitations to grow and develop its activity normally, and operates at its maximum capacity, producing 1,4 million lenses per year.
Not all the crystals follow the same manufacturing process, but the majority go through 4 main workshops: Machining, Varnish, Anti-Reflective Treatment and Cutout. The manufacturing orders are born in the Machining workshop, and end with the final labeling and packaging after the Cutout. They must be delivered in less than 72 hours, and therefore the plant operates with 3 shifts of 8 hours a day almost every day of the week.
The growing demand of lenses each year has led the KRYS group to consider production targets for the year 2023 in its industrial plan, for the 4 main workshops of the lens manufacturing process. From 1.4 million lenses of productive capacity in 2019 in the 4 workshops, 1.8 million have been set as targets in the first 3 workshops, and 3.5 million in the Cutout workshop. Along with these production capacity targets, the CODIR company wants to optimize and automate part of the current production process, and to minimize the order delivery time.

2. State of the Art
To meet the production requirements and improvements in the production process, the CODIR company has hired I.P.S. Spain to try to define the steps to follow. A Master Plan has been drawn up to study the expansion of the plant's capacity, along with an improvement in production processes.
A Master Plan is useful to respond to a need for investment in the industrial field, and its main components are:
• Definition of the strategy and key requirements
• Operational study at production and logistics level
• Conceptual layout of the implemented solution
• Planning and milestones to meet the objectives
• Estimate of the Budget
• Risk analysis
These deliverables serve as guidelines for the realization of the possible project, and the verification of compliance with the requirements of the KRYS group's industrial plan. Some of these points have been developed in this thesis, with an emphasis on the operational study at the production level. This study has defined the scope of the project in terms of capacity extension, to later specify its implementation with other stages of the Master Plan such as planning or estimating the necessary budget.

3. Objectives of the project
Therefore, the objectives of this thesis have been:
- Carry out a study of the existing production capacity, through a flows study of materials, people, and processes of the plant
- Establish the minimum necessary resources to guarantee the fulfillment of the demand foreseen for the year 2023
- Offer, in a list of feasible projects, improvements in production processes to increase capacity, reduce operating costs, and limit manual works with small added value.
- Simulate the future production plant using a modeling program including both the added resources of the capacity study and the optimization projects of the process study. Verify that the future plant can produce the expected demand for the year 2023 and define future bottlenecks
- Through the results of the operational study, establish the necessary investment, planning and a risk analysis to guarantee the completion of the project

4. Results
The results, in coherence with the defined objectives of the project, have been the following:
First, a study of production capacity has been carried out and the theoretical capacity of each workshop has been calculated to achieve the capacity objectives. This capacity to be achieved depends on the efficiency, timing of demand, and product diversity of each workshop.
The minimum resources to be acquired in terms of machines, space and operators have been determined for each main workshop, considering the capacity targets. Eliminating already acquired machines pending of installation, and other machines considered as optional, it has been concluded that a total of 14 machines must be obtained, at a cost of € 4.4 million, 16 operators per shift to operate them, and 635 m2 for its installation.
Secondly, possible optimization and automation improvements in production processes have been evaluated. Through the creation of a value stream map, up to 10 viable projects have been identified for its implementation within the framework of this project, in addition to acquiring the minimum necessary resources. With the CODIR company, 7 of these projects have been classified as necessary, and 3 as optional. The majority of those chosen have had a positive impact on production capacity, and subsequently capacity has been re-determined before starting the simulation.
After the first two parts, a simulation of the future production plant has been carried out using the FlexSim modeling program. The plant has been modeled with the added resources of the first phase, and optimization projects in the second, to give certainty to both studies and verify that the initial objectives have been met.
By simulating up to 5 different scenarios, an outline of the reorganization of the factory, and a necessary extension of the land have been performed. It has been verified that the model is capable of producing the demand expected for the year 2023, sized the necessary buffers between processes, recognized the future bottlenecks of the process, and verified that the average manufacturing times have decreased. With the approval of CODIR regarding the simulation, the operational study has been completed, and it has been established which machines and other resources are finally necessary to acquire, and the size of the definitive factory extension.
Finally, the different components of the Master Plan have been defined. The budget, planning, and risk analysis prepared for carrying out the project have been mainly detailed. The budget has been classified between necessary, optional, and contingencies foreseen in the risk analysis.
The minimum cost of carrying out the project has been estimated at € 14 million, with the possibility of adding machines considered optional for € 2.1 million, and with a contingency plan of € 4 million.
The execution of the project has been estimated at 33 months, with a plan for possible unforeseen events of 6 months, considering the impact of all possible risks. The construction, installation of equipment and movement of machinery have been planned in such a way as to interrupt the production as slight as possible. Beginning the project preparation in July 2020, the future factory would be available with all capacity extensions in May 2023.
Previous budget and planning contingencies have been calculated from the risk analysis performed. All the risks considered with causes and effects have been listed. The risks with the highest probability and impact have been identified, and the actions to be taken to try to keep the risks as controlled as possible have been determined.

5. Conclusions
Out of the need to expand the industrial capacity of the CODIR company, a Master Plan has been drawn up. With this Plan, the requirements for the extension of production capacity have been accomplished, along with the improvement of production processes and reduction of the delivery time of the orders.
The Master Plan has been concluded with the estimation of the realization of the project at a cost of € 14 M, a duration of 33 months, and a plan of possible unforeseen events of € 2 M and 6 months of extra duration. These results, together with the rest of the deliverables of the Plan, have been the guidelines for the KRYS group to decide if the project is finally executed, according to the business case defined by the company. The realization of plans of this sort helps production companies to build and plan the investment necessary to carry out their industrial development, which must adjust to the requirements of their business plan and confirm their profitability.