Queridos lectores:
Tras varias semanas de obligado receso por múltiples obligaciones (incluyendo un notable incremento de mi exposición mediática) retomamos la serie de posts del maestro Beamspot sobre las Guerras COB, o por qué los chips han comenzado a escasear y cuál va ser el futuro de esta industria en el mundo.
Les dejo con Beamspot.
Salu2.
AMT
(enlace a la primera parte).
Las Guerras COB. 2ª parte.
¡Cámara, luces, producción!
(Just in case…)
Prólogo.
En esta parte abordaremos conceptos de producción. Al fin y al cabo, los aspectos relevantes de la ‘crisis de los semiconductores’ que estamos analizando ha saltado a la palestra porque, dicen, ha ‘paralizado’ la producción de automóviles. Presuntamente, por los problemas de producción de semiconductores.
Hay que entender lo que significa producción en ambos ámbitos para ver cómo afecta una a la otra, así como otras implicaciones mayúsculas que hay.
Eso es lo que veremos hoy: términos, conceptos de producción, industrialización (uno de los ámbitos en que se mueve este autor), procesos y demás. Automoción y semiconductores.
Si bien el glosario será más pequeño, la explicación de la interrelación y funcionamiento, de los conceptos, no lo será tanto. Hará falta algo de matemáticas básicas y sentido común, pero nada que esté fuera de las capacidades de la mayoría.
También hará falta paciencia ante la incontinencia verbal y la longitud de estos artículos.
Tampoco trataremos los detalles de la situación actual, meramente unas pinceladas. El objetivo es ir entendiendo las piezas que configuran el puzzle, y de momento apenas se mostrarán algunos enlaces entre las diferentes piezas.
No sólo eso, veremos ciertos detalles que pasan desapercibidos y que afectan tanto a la industria electrónica de semiconductores como a la automoción, incluyendo la fabricación de vehículos eléctricos.
Glosario.
Takt time. Tiempo entre dos piezas consecutivas. Es decir, tiempo que transcurre desde que sale una pieza de una línea de montaje, sea finalizada, sea semielaborada, y que sale la siguiente.
Es el típico ‘cada 20 segundos se fabrica un coche’. Eso, en realidad, se aplica no sólo a coches, sino a cualquier máquina o línea de fabricación/montaje.
Un ejemplo es que puede haber muchas líneas de fabricación, y cada una tarde, pongamos, 10 minutos. Si tenemos 20, la media del conjunto será de una pieza cada 30 segundos.
Otro tema que se suele soslayar es que no se está produciendo 24/7, sino que hay pausas de producción por ley, convenio, acuerdo, etc. Además puede haber dos turnos, tres, cuatro, cinco…
Por turno se suele estimar un tiempo de producción real de 7.5h, no 8, debido a las pausas. Y eso en turnos de lunes a viernes (los tres primeros turnos), que luego vienen los turnos de fin de semana (cuarto y quinto), que trabajan 12 horas, pero que se cuenta como 11h y 15 minutos… si es que los hay, que, al igual que el turno de noche, son más caros por convenio.
Y hay que contar festivos, vacaciones… así que cuando se calcula el volumen de producción, que generalmente suele ser anual, o como poco, mensual, hay que contar de forma diferente.
A partir de ahí, se suele buscar el pico de producción semanal para hacer el dimensionamiento, y encima, con un margen de seguridad por el tema de paradas de mantenimiento, cambios de modelo, etc.
Así pues, el Takt Time en realidad se debe medir en tiempo de producción, con una media de varias horas, incluso días, haciendo previsión luego para otros factores.
Lead time. Tiempo invertido en producir una pieza, contando esperas. Más detalladamente, tiempo que transcurre entre que se empieza a montar una pieza o producto, y ésta sale finalizada de la línea.
Como se puede ver, es algo muy diferente del tiempo anterior, y básicamente viene condicionado por el sistema productivo y el diseño de la misma, nada que ver con vacaciones, paradas de producción, etc.
Estos dos tiempos son independientes, pero tienen muchas interacciones y sinergias. Si el Lead time de una pieza es de 30 minutos, y el Takt time de 30 segundos, necesitamos tener 60 piezas en proceso en todo momento, mejor caso.
El cómo se hace eso, es cosa del equipo de industrialización, y no es sencillo. Para ello, hacen falta más datos, como por ejemplo:
Tiempo de Proceso y Tiempo de Ciclo. Tiempo que tarda un proceso en realizarse, y tiempo que tarda una estación o máquina en realizar dicho proceso.
Aparentemente lo mismo, en realidad no. En realidad, el tiempo de proceso es el Lead time particular en esa máquina, y el tiempo de ciclo es el Takt time particular de esa máquina.
Pongamos un ejemplo para clarificar. Un horno de pizzas de estos de servicio a domicilio nos puede valer. Me invento los datos para que nos hagamos una idea.
La pizza tiene que estar 20 minutos, por ejemplo, dentro del horno, eso es el tiempo de proceso, siendo el Horneado el nombre de ese proceso.
Pero estos hornos tienen dentro una cinta transportadora que por un lado entran, y por el otro salen, así que entre que se le mete una pizza, y la cinta ha avanzado lo suficiente como para que quepa la siguiente, igual han pasado 5 minutos, siendo esto el tiempo de ciclo. Eso implica que caben cuatro pizzas dentro del horno.
Con estos cuatro tiempos básicos, uno ya puede hacerse una idea de la dimensión de una línea de producción, cosa que haremos más adelante.
Proceso por lotes, proceso continuo. Dos formas muy diferentes de producir que suelen depender del producto, proceso, precio.
En este caso, podemos volver al conocido proceso de horneado. Se puede hacer de dos formas: la que hemos comentado de que por un lado entran las pizzas crudas y por el otro salen ya horneadas, sería un proceso continuo.
El método casero de meterlas todas de golpe dentro del horno a la vez, para luego sacarlas todas transcurrido el tiempo, sería el proceso por lotes, donde la cantidad de pizzas que se meten sería el lote de ese proceso.
Cada uno tiene sus ventajas y sus inconvenientes, y para los casos en que se pueda elegir, pues hay que evaluar la situación, la demanda, el coste, el tiempo, el esfuerzo, etc.
Hay procesos que sólo se pueden hacer de una manera o de otra, siendo el procesado por lotes el más habitual.
Just in time. Concepto de logística para reducir el almacén, y los costes asociados, empezando por los financieros (capital inmovilizado).
Habitualmente, el procesado de piezas o productos grandes suele desglosarse en la suma de varios (sub)procesos, y no todos tienen la suerte de ser iguales en cuanto a tiempo.
Eso hace que algunas partes vayan más rápido que otras, y que haya diferentes etapas o líneas de producción independientes. De ahí se deriva la necesidad de ajustar la producción de unas y/a otras.
Lo habitual en este caso suele ser la necesidad o generación de lotes semielaborados intermedios, también llamados ‘pulmones’ o almacenes intermedios, de semiprocesados o semielaborados.
Eso también aplica a los productos que se ensamblan a partir de piezas de otros proveedores.
Todo ese material que está almacenado es material que no se mueve, esperando. Inversión que no se está vendiendo. Capital inmovilizado. Espacio ocupado improductivo y que se podría dedicar a otros menesteres, pero por el que se pagan impuestos, gastos (luz, calefacción/climatización, etc).
Siempre interesa minimizar estos stocks al máximo… pero hay límites: se corre el riesgo de quedarse sin material para la línea principal o siguiente, con el consecuente paro de producción, que es un gasto generalmente mayor.
Por eso, los grandes consumidores como los fabricantes de coches imponen a sus (habitualmente más pequeños) proveedores el concepto de Just In Time (JIT para los amantes de la sopa de letras), que no es ni más ni menos que el momento en que se les tienen que entregar los productos.
Si entregan antes, hace falta un almacén, muchas veces voluminoso, lo cual no es aceptable por parte del cliente debido al desembolso y coste que le supone. Si entregan después, se para producción. En ambos casos, se suele sancionar al proveedor.
Los contratos para proveer a los grandes fabricantes suelen tener cláusulas en las que se especifica esto, con un cierto coste o descuento sobre los precios según el retraso, llegando a sanciones económicas bastante sustanciales. Por ejemplo, endilgando al proveedor los costes de no producir durante el tiempo en que están parados.
Eso genera una pregunta intrigante: si los fabricantes de semiconductores paran las líneas de producción de los grandes fabricantes ¿cuánto les tiene que costar a los primeros en forma de compensaciones a los segundos? ¿Cómo están redactados esos contratos?
Habitualmente, siempre hay un almacén minúsculo (que suelen denominar pulmón, unas pocas piezas a lo sumo), pero la mayor parte de dicho almacén corresponde al proveedor. Es una forma disimulada de pasarle el problema al que les suministra, claro ejemplo de la empresa más poderosa imponiendo condiciones a la más débil.
De todas maneras estos proveedores suelen tener su propio pequeño almacén según su propio dimensionamiento, donde la distribución de Pareto es habitual (80/20).
Es decir, la gran producción, lo que se conoce como los ‘high runnerss’, por ejemplo, los coches más económicos de la gama, constituyen el 80% de la producción, pero sólo el 20% del almacén, mientras que el resto de gamas constituye el 20% de la producción, pero el 80% del almacén.
Obviamente, este tema también está muy relacionado con los tiempos que hemos hablado antes, así como con el producto, ya que hay productos ‘de temporada’, como es el caso de la electrónica de gran consumo. ¿A alguien le suena el Black Friday?
Pues eso.
Mínimo de Liebig. Concepto tomado de la biología.
¿Qué tiene que ver la biología con la producción (industrial)? Pues que el mismo concepto aplica a la ecología humana, productiva y al resto de relaciones productivas.
Veamos, Justus von Liebig es quién popularizó un principio de Carl Sprengel de la ciencia agrícola. Surgió de estudiar el efecto de la concentración de nutrientes en la tierra para relacionarlos con el crecimiento de las plantas.
Básicamente: el nutriente proporcionalmente más escaso es el que limita el crecimiento de la planta, el resto no afectan siempre y cuando sean relativamente más abundantes.
Dicho de otra manera: por muchos motores que tengamos, si sólo tenemos cinco ruedas, sólo podemos fabricar un coche. Si tenemos tres, pues ni uno.
La falta de un solo chip, circuito integrado, semiconductor, o si eso, un tornillo, cualquiera por mucho que cueste menos de 1€ puede dar al traste la fabricación de un coche de decenas de miles de €.
También viene a cuento que la robustez de la cadena es la misma que la del eslabón más débil de la misma. Si lo de cadena lo aplicamos a ‘cadena de producción’, es obvio por dónde van los tiros… y precisamente de buscar el eslabón débil, ‘perdido’ es de lo que va esta serie de posts.
De ahí se deriva la Teoría de las limitaciones, algo más general, y que aplicaremos en su momento.
TPM, 5S, Cero Defectos, Lean Production, Jidoka, Gemba. La colección de términos asociados a producción es larga. Desde filosofía japonesa (Gemba, Jidoka, Lean) hasta nombres rimbombantes como Cero Defectos (lo que sale mal lo tiras, no lo arreglas) y el TPM que básicamente es meter a todo el mundo en el asunto del mantenimiento.
Nada nuevo.
Menos aún esa pieza de filosofía japonesa que es las 5S, que no es estrictamente de producción.
En el origen, la idea es muy buena, y trata de orden y limpieza, de metodología. Algo conveniente para la producción.
Para resumir, la idea fundamental es poner muy a mano lo que se usa mucho y a diario, y almacenar lejos lo que se usa poco. Todo ordenadito y etiquetadito para reducir errores.
En una línea de producción, por ejemplo, dado que hay varios operarios que acceden a las mismas herramientas para la misma función, se estipula qué herramienta está y dónde. Hay que pensar que se tiene muy estudiado hasta el mínimo movimiento del operario, optimizándolo al máximo, para que sea lo más rápido y menos cansado posible (un trabajador cansado rinde menos).
Sin embargo, fuera de las líneas de producción ya hablamos de otra cosa. Y es que, al menos por estos lares, esta metodología ha sido pervertida para dar soporte burrocrático y cobertura/justificación ideológica al típico jefe controlador. Un tipo de carácter que ya de por sí sale muy favorecido de las tendencias en cultura empresarial, si es que alguna vez no lo ha sido. En algunos puntos hasta imponen qué iconos tienen que estar en el escritorio de Windows y la organización de archivos de uso personal dentro del disco duro...
Esta es una de las razones por las que las grandes empresas (y los gobiernos) acaban anquilosados, fosilizados. Exceso de control, crecimiento hipertrófico de la burocracia, lo cual resta cualquier atisbo de agilidad hasta reducirla a la nada.
Un análisis psicológico de toda esta temática sería muy necesario y propio, pero evidentemente se sale del objeto de estudio de esta serie de artículos.
De ahí que todas las ‘novedades’ vengan, habitualmente, de start-ups y pequeñas empresas que todavía no han metastatizado, hasta el punto de que muchas de estas tienen un único objetivo: ser lo suficientemente apetitosas para que las grandes, que son las que tienen la pasta y la infraestructura, las compren, ya que es la única manera que tienen de mantenerse al día.
Tampoco es nada nuevo: es la cultura del pelotazo de siempre.
Una línea de producción.
Ahora es cuando empezamos por las matemáticas, básicas, para ir desarrollando lo que sería una línea de producción. Así entenderemos algunas de las limitaciones físicas que son fundamentales para entender la situación actual.
En el fondo, todo lo expuesto es de sentido común, no hace falta ingeniería aeroespacial para entenderlo. Obviamente, cuando uno se mete en los detalles últimos, la cosa sí que se complica, pero ese no es en absoluto el interés, ni la necesidad, de estos artículos, así que vamos a ‘diseñar’ una línea de producción básica, para hacernos a la idea de cómo funciona tanto el diseño, como, sobre todo, la lógica y las matemáticas de la producción.
Venga, vamos a fabricar trócolas (no, no me refiero a las poleas, ni a la homocinética, es un elemento ficticio, una licencia poética).
Supongamos un producto electrónico que consta de un circuito que se mete dentro de una caja. Éste tiene un conector ‘al mundo exterior’, la caja consta de dos partes, caja y tapa. El circuito va atornillado a la caja, y la tapa se pone encima de la caja y se atornilla también a esta.
Sencillo, ¿verdad?
¿Cómo se produce esto? Pues es relativamente sencillo.
Se empieza cogiendo una caja, se pone en un soporte, luego se pone el circuito dentro, y se atornilla. Llamaremos a este primer paso, proceso A, y se hará en una ‘estación’ de la línea de producción (cual línea de metro o tren) que llamaremos… Estación A o Puesto A.
Fácil.
Después se pone la tapa, y se atornilla esta. Listo, ¿no? Proceso B.
Pues no. Hacen falta dos cosas más: una etiqueta para saber el número de serie (o un marcaje indeleble como alternativa), y una comprobación que el producto sale correctamente, que no lo hemos roto en el proceso, un control de calidad.
Todo esto junto podría ser la Estación B o Puesto B.
Y luego se tiene que ‘empaquetar’. Bien porque la pieza está terminada, bien porque tiene que transportarse a otra línea como producto semielaborado.
Es más, igual nos puede interesar ejecutar todo eso en pasos separados, dando lugar a más de una estación.
Ahora viene cuando el tema económico y temporal empiezan a tomar peso. Así que haremos dos supuestos: 100 piezas al día, lo que equivaldría a unas 22000 piezas al año, una producción moderada.
El siguiente, un millón de piezas al año, que empieza a ser una producción habitual en la automoción. Eso, si lo fabricamos en unas 48 semanas (el año tiene 52), sale como a 20.900 la semana.
Es decir, vamos a proponer fabricar lo mismo en un año para el caso ‘baja demanda’ que en una semana para el caso ‘alta demanda’.
Veamos ahora más o menos lo que significa hacer esta fabricación, en cuanto a procesos y tiempo.
Primero, hay que coger la caja vacía y colocarla en algún sitio (supongamos un útil hecho a medida, por comodidad). Eso son unos dos segundos. Luego, otros dos de coger el circuito y ponerlo más o menos en su sitio. Atornillar el circuito (suponiendo atornillador con autoalimentación de tornillos), otros 4 segundos. Poner tapa, otros 2 segundos. Atornillar tapa, otros 4 segundos, poner etiqueta 4 segundos más (a mano es complicado dejarla correctamente), luego meterla en el útil de control de calidad (más de eso más adelante), recogerla, y meterla en el embalaje, otros 4 segundos.
Olvidemos el tema de meter instrucciones y otros ‘extras’ dentro de la caja del embalaje de momento, así como el aprovisionamiento, que son harina de otro costal.
En total, equivale como a unos 20 segundos, o unas tres piezas por minuto, 180 piezas la hora.
En un proceso manual, en una hora hemos hecho la producción diaria. Ergo para el caso de baja demanda, no hay necesidad de hacer ninguna inversión para cubrir la demanda, más allá de los atornilladores y el útil de soporte (que puede ser nada según la caja).
Aunque para hacer las 100 piezas diarias tardaríamos menos de una hora, hay que tener en cuenta el aprovisionamiento (ir a buscar las cajas, circuitos, herramientas, llevarse los equipos ya terminados, etc), y la preparación del lugar de trabajo, con su utillaje, etc.
Por tanto, estimar una hora para producir las 100 piezas diarias no es nada descabellado, pero tampoco es algo que sea preocupante. Es más, se puede estipular el coste de mano de obra por cada pieza fácilmente: sueldo horario (pongamos 10€ para hacerlo fácil) dividido entre la producción, 100 piezas, es decir, 10 céntimos de € de coste de mano de obra (de esta parte, que no contamos el coste de fabricación del circuito).
Vamos a complicarnos la vida ahora con el modelo de alto volumen de producción, con una capacidad estimada de 21.000 piezas la semana.
Lo primero que hay que pensar, es en cuantos turnos vamos a trabajar, ya que hay un tema de costes asociado a la mano de obra los turnos de noche son más caros, pero no tanto como los de fines de semana.
Para este caso, lo normal sería estimar tres turnos: mañana, tarde y noche, y dejar para el fin de semana casos puntuales, sobreproducciones… y la habitual estimación de sobrecapacidad que suelen demandar. Es más, esa capacidad de sobreproducción es conveniente en caso de roturas, paradas, problemas varios desde los habituales hasta situaciones más complicadas como rupturas de la cadena de suministro.
Por tanto, a 5 días, a 22.5h diarias estipuladas por convenio (hay que contar con pausas de descanso, almuerzo, etc), sale a 112.5h laborales la semana, lo que equivale a unos 187 circuitos la hora, algo parecido a lo que se ha estipulado.
Sin embargo, ahí hay que contar con la micrologística (es decir, el abastecimiento de piezas que entran, la retirada de las que salen), y un tema que se ha obviado en el primer caso: el control de calidad.
Si el control tarda 20 segundos en realizarse, que es más o menos el takt time que nos hemos impuesto, que de paso es más o menos el lead time, entonces con una estación de control [de calidad] es suficiente. En caso de ser ni siquiera de 21 segundos, ya sería necesario el tener una segunda estación. De hecho, a partir de unos 15 segundos ya sería recomendable el tener una segunda estación de control.
Poner a una persona que trabaje todas las horas haciendo lo mismo por turno puede ser problemático, ya que mantener ese ritmo durante las 7.5 horas laborales es difícil, y además puede haber problemas de salud, ergonomía, etc que podrían causar lesiones. Además, se trata, en este caso, de un proceso sencillo de automatizar.
Sería interesante procurar automatizar este proceso de forma simple y que aligere de trabajo a la persona que monta el circuito… si es que no se puede eliminar esa persona y dejarla sólo al cargo del aprovisionamiento, dejando así tiempo para aprovisionar más líneas de producción de otros productos.
Una manera semi manual, que podría ser adecuada para este tipo de producto, automatizando los procesos más simples.
Hasta cierto punto, el poner la tapa puede ser relativamente fácil de automatizar, de tal forma que el trabajo manual sea simplemente meter una caja sobre un soporte móvil y luego meter el circuito dentro, para luego, al otro lado de la estación, meter el paquete cerrado en las unidades de control de calidad. La etiqueta se puede poner (o marcar bien con tinta, bien con láser) en la tapa en la misma estación de atornillado o, incluso, de camino a la siguiente estación.
La decisión, al final, no está tanto en cómo automatizar los procesos, que ya se ha descrito que para este caso serán fáciles, sino en el mover el material: el poner la caja, el circuito, luego el conjunto terminado en las estaciones de control y el embalaje.
Esto último, el mover material de un lugar a otro, es algo fácil para un robot si las piezas vienen bien colocadas, pero más difícil de automatizar si vienen ‘a granel’. De ahí la importancia en estas situaciones de la ‘micrologística’, es decir de cómo vienen las piezas a montar, tipo de embalaje, cómo se meten en la línea de producción, ubicación, cómo se quitan los embalajes vacíos, etc.
Hay que tener en cuenta que hay que meter materia prima en la línea, y luego retirar la materia acabada, con sus respectivos almacenes de cada tipo, su tamaño, planificación, fechas de entrega, etc. Es decir, que la logística es otro actor fundamental, tanto la interna (desde el almacén a la línea y viceversa) como la externa.
Completemos este estudio con un caso real que a algunos les sonará: el ordenador que ejecuta la Inteligencia Artificial que permite la conducción autónoma.
Estamos hablando de un caso muy similar: una caja (probablemente de aluminio o magnesio) con un circuito electrónico dentro que tiene un conector mediante el que se comunica con toda la red de sensores y de actuadores. No es una caja pequeña, aunque sólo tenga dos piezas. Además, una de las piezas suele actuar de refrigerador puesto que las CPU Nvidia Tegra que se suelen utilizar se calientan bastante.Eso implica que en una de las dos piezas de la caja hay que poner una pasta conductiva del calor y aislante eléctrica para mejorar la refrigeración de las CPU. Además, se suele poner un ventilador por fuera para forzar la refrigeración en ambientes muy calurosos, puesto que estos vehículos tienen que poder trabajar en zonas cálidas como desiertos en el Arabia Saudí, por ejemplo.
Eso implica añadir varios procesos: la aplicación de pasta conductiva, que tiene que ser automático (medido y preciso) por narices, montar el ventilador, conectar el cable (esto último, muy probablemente manual, con unas exigencias que harán que la persona al cargo sólo pueda realizar esa labor un par de horas al día), etc, haciendo el Lead Time mucho más largo, y complicando la línea de montaje, aunque deja claro que la manipulación y el movimiento de piezas tiene que ser automático, nada de manual.
Pero hay otro punto a añadir. Estos ordenadores vienen ‘vacíos’ de programa, y hay que ‘instalar’ todo el SW dentro. Bueno, para ser más precisos, hay que flashear el FirmWare definitivo, cosa que en un ABS puede llevar 40 segundos, pero en un ordenador de conducción autónoma llevará invariablemente decenas de minutos. Este tipo de detalles se abordará en la siguiente entrada de la serie.
El control de calidad se puede hacer (o no, según las especificaciones) en la misma estación dónde se flashea el programa o aplicación de cliente, siendo recomendable lo segundo: una estación aparte.
Si damos por bueno que el Takt time es de 20 segundos (tres piezas por minuto), y tarda 40 minutos el proceso de flasheado, estamos hablando de 120 estaciones de flasheo como mínimo. Y eso ocupa un espacio, tiene un coste y unas implicaciones de manejo de materiales (y de logística interna de la línea para controlar qué equipo sale y dónde metemos el nuevo a producir) que implican un control automático, un robot o similar para mover las piezas casi terminadas de un lugar a otro (cosa que, por cierto, no añade valor).
El control de calidad también se tiene que mirar con un cierto nivel de detalle. Éste tiene que comprobar que el ventilador funciona sin obstrucciones, que el circuito no se calienta con demasiada rapidez (para detectar que se ha puesto correctamente la pasta térmica), y que el FW que se ha flasheado esté correcto, sea la versión que toca, que las comunicaciones con los sensores (cámaras, radar) y con los actuadores (Engine Control Unit, frenos, dirección) funcionan adecuadamente.
Además, en este tipo de productos hay toda una serie de pasos para asegurar la ciberseguridad para que un hacker no pueda cambiar el FW de la unidad, por ejemplo. Eso implica que los privilegios que tiene la fábrica para hacer semejantes cosas se tienen que revocar. Y este tipo de pasos también se tienen que tomar tras el proceso de flasheado y tras asegurar que todo está bien, ergo se tienen que tomar en el control de calidad, que obviamente será el último de los pasos antes de dar por bueno el producto y finalizar su fabricación embalándolo.
Como se puede ver, una línea aparentemente simple se vuelve muy complicada por un par de requisitos técnicos aparentemente menores, con el mayor impacto debido al tiempo de proceso de uno de los pasos, el flasheo.
Éste, junto a la necesidad de dispensación de pasta térmica obliga ya a usar sistemas automáticos de movimiento de material, y a ocupar un gran espacio (>120 estaciones de flasheo ocupan varios m², igual que la máquina de dispensación de pasta).
Este sistema automático también implica que la persona que conecta el ventilador (otro proceso que añade complicación, atornilladores, etc) tenga que estar ‘fuera’ de la línea, puesto que los robots (o el sistema de ejes) que mueven el material puede chocar con la persona: es un tema de seguridad, que no todo es producir.
Eso implica que la línea tiene que estar enjaulada y que sólo personal cualificado puede entrar bajo determinadas circunstancias. Por tanto, hacen falta una serie de sensores para asegura que no hay nadie en el perímetro de movimiento de los robots.
Últimamente están de moda los llamados ‘robots colaborativos’ que, en caso de chocar con una persona, el daño es ‘limitado’. Eso implica que van más lentos y por tanto la productividad se resiente.
Pero si lo que lleva en la punta encima es un cuchillo (o una hoja de papel ya puestos), ya deja de ser colaborativo, lo cual restringe mucho las posibilidades de uso del concepto. Si añadimos que los que hay ahora en el mercado tienen una precisión bastante baja, parece ser que el mercado está ‘de vuelta’ y que la idea aporta mucho menos de lo que la propaganda y el hype prometen.
Vamos ahora con la logística y la explicación del razonamiento tras el Just-In-Time.
Si cada una de esas cajas se vende, pongamos, por 1000€, tener 1000 de estas unidades paradas en el almacén esperando que alguien las compre, implica tener un millón de € parado ahí sin hacer nada.
Ergo interesa que salgan tan pronto como sea posible. Reducir el almacén es reducir la cantidad de dinero parado que no ingresa. Lo mismo aplica para la materia prima.
Dado que cada día se fabricarían como 4050 piezas (recordemos, como 21000 a la semana, en cinco días), interesa que salga un camión como mínimo al día. De hecho, 4050 de estas piezas seguramente no caben ni en dos camiones. Por tanto, dimensionar el almacén para guardar 4000 piezas, la producción de un día parece, más que razonable, casi excesivo.
Hasta aquí, lo descrito, no es precisamente nada complicado, es algo habitual y de lo más ‘sencillo’ que uno se puede encontrar en el mundo de la industrialización.
Para terminar de fijar ideas, veamos un caso complicado, aunque en apariencia parezca sencillo, y que viene al caso: la fabricación de una batería de coche a partir de las celdas primarias.
Un pack de baterías de Tesla lleva más de 7000 celdas primarias, y se fabrican más de medio millón de esos packs al año. Por eso podemos tomar el mismo ejemplo del caso anterior y suponer un Takt time de 20 segundos (para fabricar un millón de baterías de coches al año, lo cual no cubre la producción de coches de fabricantes como VW si contamos la cantidad total de vehículos que fabrica de todo tipo).
Son MUCHAS celdas a soldar, con sus piezas de sujeción y refrigeración líquida, sus conexiones eléctricas grandes, sus conexiones eléctricas de control para el BMS (Battery Management System), sus sistemas de seguridad, etc.
Con 7000 celdas aproximadamente, con un montaje probablemente tipo 140S50P (es decir, packs en paralelo de 50 celdas, 140 de ellos montados en serie, para trabajar a tensiones elevadas), con un Takt time de 20 segundos significa soldar 350 por segundo, 7 packs paralelos de 50. Ahí es nada.
Obviamente, la mejor aproximación para fabricar eso es la modular, y con varias líneas a la vez. Por ejemplo, mediante el ensamblado de pequeños paquetes que luego se juntan en la línea final. Eso además permite que los packs se puedan fabricar de diferentes tamaños simplemente montando más o menos módulos.
Obviamente, todo esto tiene que ser automatizado dado el volumen, pero también por razones de seguridad: un cortocircuito involuntario, y empiezan los fuegos artificiales (se suelen fabricar cargadas, y se suele exigir que el proceso se haga con una carga de alrededor del 60%, que es más o menos cómo salen del propio proceso de fabricación de las celdas, por si os lo preguntáis tras ver el vídeo).
En realidad, las condiciones de fabricación y almacenamiento de packs de baterías son bastante más delicadas de lo que muchos puedan imaginar.
No en vano varios fabricantes de motos eléctricas de España han tenido incendios en sus almacenes (MotoE, Torrot/GasGas, Silence). Esas fábricas no son aptas para cualquier fabricante de tres al cuarto, las exigencias de seguridad son grandes, y con ello, las de mantenimiento en especial, y las de todos los empleados en general.
Además, los packs, una vez terminados, pesan del orden de media tonelada a una fácilmente, algo que no se mueve a mano, precisamente.
Uno de los procesos de fabricación, sin embargo, suele pasar desapercibido: el ciclo de carga-descarga-recarga.
Hay dos motivos para hacer este ciclo: determinar la ‘calidad’ de la batería, comprobando la capacidad real de la misma, y, sobre todo, el de la formación del SEI, Surface-Electrolite-Interface, que es cierta reacción química interna para conseguir que la batería opere al tope. Es la razón por la que se suele recomendar que el primer ciclo (o los primeros) se hagan completos de carga-descarga y de una tacada.
Ese proceso tarda como hora y media en hacerse con unas ciertas garantías, aunque sería recomendable una duración mayor.
En realidad, este proceso se debería hacer al nivel de celda particular para descartar las defectuosas a la primera de turno.
Es decir, si hay que ensamblar 7000 celdas cada 20 segundos, y cada una de ellas tiene que pasar por un proceso de hora y media… ¿cuántos cargadores (los dispositivos que realizan este proceso) necesitaríamos?
Alrededor de 1.900.000. Si, casi dos millones de cargadores. Tiremos el precio a la baja, a 100€ cada uno de ellos… Se va una pasta, y eso sin contar el precio de las materias primas en proceso.
Obviamente, queda otra opción: no hacerlo, que es la que han elegido la gran mayoría. Total ¿Qué pasa si una de las 7000 celdas es defectuosa? Bueno, pues que la capacidad baja como un 2% (uno de los packs en paralelo pierde una de 50, y es el eslabón más débil de la cadena, la lama más corta del barril, Liebig). Eso en realidad está dentro de las tolerancias de capacidad de las baterías, así que no es (excesivamente) relevante.
Por tanto, para packs tan grandes, se puede optar por otra estrategia: hacer el ciclo con el pack completo ya montado. Cosa que se puede hacer en el almacén (lo dicho, si se calcula para almacenar la producción de uno o como mucho dos días, hay tiempo de sobra).
Si además aprovechamos para realizar la carga durante el día a partir de paneles fotovoltaicos en el techo de la fábrica, para luego descargar durante la noche y suministrar energía a la planta, entonces además se obtendrá un valor añadido de este proceso.
Aún así, estos cargadores no son sencillos y no cuestan 100€, pero el ahorro es significativo.
Otra alternativa pasa por usar celdas mucho más grandes y hacer los packs paralelos de menos unidades, por ejemplo como hace Nissan con el Leaf, que son dos celdas en paralelo y más de 100 en serie.
En este caso, sin embargo, una celda defectuosa te deja la capacidad total del pack (y la vida útil!!) en la mitad. Por aquello del eslabón más débil: si uno de los pares se queda cojo, el resto se capa a la misma capacidad. Así que no queda más remedio que el hacer el ciclo unitario.
Todo esto pone en relieve un hecho que pocos tienen en cuenta: el ensamblaje de packs de baterías escala mal, no responde tan bien a la economía de escala como, por ejemplo, la fabricación de un motor (eléctrico o térmico), donde cada pieza tiene un tiempo de proceso de pocos minutos en el peor de los casos.
También deja claro que eso de la ‘simplicidad’ y el ‘bajo número de piezas’ que tiene el eléctrico están muy lejos de la realidad. Y eso que no hemos numerado los millones de transistores que hay dentro de un chip.
Por eso todos los fabricantes se plantean megafactorías de ensamblado de celdas, con producciones mínimas en el orden de los cientos de miles al año para que salgan rentables, y que el proceso en sí no suba en exceso el coste, ahora mismo estimado en alrededor de 60€/KW·h sólo para montar el paquete de baterías de Tesla, el coste de las celdas unitarias aparte (lo cual lo pone directamente por encima de 200$/KW·h).
También esta es la razón por la que muchos fabricantes de coches eléctricos llevan mucho tiempo perdiendo dinero, y en el fondo, es el mismo proceso que ya se explicó con los fabricantes y foundries de semiconductores.
Por eso se están haciendo consorcios y asociaciones para aumentar la economía de escala juntando proyectos y aplicando el concepto de plataforma, por ejemplo, en el proyecto conjunto Ford-VolksWagen, o del grupo Fiat-PSA, ahora llamado Stellantis (Fiat, Alfa Romeo, Peugeot, Citröen, y algunos más).
De esta manera, por ejemplo Ford reduce los costes al aumentar la cantidad de baterías iguales que se fabrican (factor de escala), aunque no haya desarrollado esa plataforma. Obviamente, VW y Ford han llegado a un acuerdo de algún tipo al respecto de repartir costes.
Límites decrecientes de nuevo. Es lo mismo que ya se explicó de porqué las foundries tienen tanta capacidad mientras que muchos ‘fabricantes’ son incapaces de fabricar nada.
Y recordemos que tanta inversión no se hace sólo para la fabricación. A decenas de miles de $ o € por cada pack de baterías, todo el tiempo que se pasen en almacén es espacio y dinero que está utilizado sin dar nada a cambio.
Por eso tan importante el concepto de Just-In-Time en el caso de la automoción.
Cambiando ahora a los semiconductores, y aplicando algo parecido, hay que empezar que la fabricación de los mismos pasa por muchos ciclos similares, donde, en cada ciclo, hay como mínimo uno de los procesos que se hace en lotes, al vacío, a temperaturas elevadas (600 a 800ºC, a veces más), y que duran horas, mínimo 3, muchas veces más de 12.
Afortunadamente, en una oblea caben decenas, sino cientos o incluso más de mil circuitos integrados que se hacen a la vez, y raramente se hace un lote de solo una oblea, con lo que en cada lote nos podemos encontrar fácilmente decenas de miles de chips fabricados.
Sin embargo, eso implica que entre que entra la oblea nueva al almacén de materia prima y que sale el chip listo para encapsular tarde más de un mes, más si se encapsula.
Por supuesto, también esto hace que interese utilizar obleas más grandes, y transistores más pequeños: más chips en cada oblea, más en cada lote.
Esa es la razón por la que más vale comprar 100 máquinas de 10nm a 120M€ que las equivalentes de 28nm a 50M€. Reducir la medida del nodo a la mitad significa multiplicar por cuatro la cantidad de chips por oblea, aunque la máquina salga más cara. Además, las máquinas de ASML han ido aumentando el tamaño de oblea con el tiempo y la tecnología, con lo que el aumento de productividad todavía se ha disparado más.
Pero también significa que la situación se vuelve menos resiliente. Una máquina parada de 100 afecta más que si se para una de 1000.
Además, la fragilidad de la fabricación de semiconductores va más allá. Un buen ejemplo es el reciente caso de un incendio de una planta de Renesas en Japón.
El fabricante informa que se han quemado 11 máquinas, o el 2% de la maquinaria de la planta (o sea, 550 máquinas en esa sala blanca). Eso ha producido que se llene de humo una planta bastante moderna (usan wafers de 300 mm), justamente su sala blanca, que es dónde la limpieza impera.
Todos los chips que no estuviesen dentro de máquinas de procesos por lotes que suelen estar selladas herméticamente porque trabajan al vacío, o con gases/vapores varios, incluyendo helio, se han tenido que tirar.
Es decir, más de un mes de producción se ha visto claramente recortado, no se trata sólo de las 11 máquinas afectadas, también se trata de un porcentaje nada desdeñable de la fabricación en proceso que se ha visto sometida a contaminación y por tanto desechada.
Luego vienen las implicaciones de limpiar de nuevo todas las instalaciones, reponer las máquinas de varias decenas o centenas de millones de €, y dejarlo todo listo para volver a fabricar. De ahí que necesiten más de un mes para volver a estar operativos, lo que unido a la cantidad de chips descartados, implica mes y medio o dos meses de producción perdida.
Luego, a través del Just-In-Time, esto se propaga por toda la cadena de consumidores, que, en el caso de Renesas, son mayoritariamente de la automoción.
Literalmente, un solo chip que falte, y tienes a todo un fabricante de coches parado, de rodillas, y todo lo que se ha ahorrado con el Just-In-Time se lo gasta ahora en unas pocas semanas, o incluso días.
Por eso los contratos de suministro con la automoción son draconianos, e implican multas de millones de € por incumplimiento de plazos… excepto por causas de fuerza mayor.
Habría que ver si un barco encallado en el canal de Suez es una causa de fuerza mayor.
De hecho, este episodio del Ever Given vuelve a ser la constatación del efecto rendimientos decrecientes. Pero además pone sobre el papel otro asunto todavía más importante de la globalización (globalización que es a su vez, el resultado de aumentar todavía más la escala), que es la ‘especialización geográfica’, lo que alarga enormemente las cadenas de suministro.
Aquello de que ciertas zonas viven del turismo, mientras que otras del vino o de la agricultura o de fabricar coches, etc. Todo eso hace que el impacto sobre la cadena de suministro sea todavía más frágil, que tenga efectos más perniciosos, especialmente para la zona afectada.
Resumiendo, que esto ya se ha extendido bastante: industrializar cosas es más complicado de lo que parece a simple vista, y hay muchos factores que intervienen. Además, ciertas prácticas empresariales resultan claves.
Y el caso del Just In Time ha fragilizado tanto el mundo del automóvil como de los semiconductores, que ahora mismo está pagando con intereses todo lo que se han ahorrado durante años… o no.
Entender lo aquí explicado es otra de las muchas claves para entender la encrucijada en la que se encuentra el mundo en estos momentos. Y que las líneas de producción, tanto de la automoción como de los semiconductores ahora mismo están a medio gas por falta de materiales, aunque sean sólo unos pocos y baratos, paraliza medio mundo.
Sin embargo, aunque esta es la parte más visible y obvia, hay muchas más cosas que analizar.
Pero eso ya será otro día.
Salud.
Beamspot.
(enlace a la 3ª parte).
