¿Qué es la Ingeniería Industrial?

La ingeniería industrial es la disciplina de la ingeniería que se ocupa del diseño, el desarrollo, la mejora, la aplicación y la evaluación de sistemas integrados de personas, conocimientos, equipos, energía y materiales. La ingeniería industrial se basa en los principios y métodos de análisis y síntesis de la ingeniería, así como en las matemáticas y las ciencias físicas y sociales, junto con los principios y métodos de análisis y diseño de la ingeniería, para especificar, predecir y evaluar los resultados que deben obtenerse de dichos sistemas. Los ingenieros industriales trabajan para eliminar las pérdidas de tiempo, dinero, materiales, energía y otros recursos.

La ingeniería industrial también se conoce como ingeniería de producción, ingeniería de fabricación o ingeniería de sistemas de fabricación; una distinción que parece depender del punto de vista o los motivos del usuario. Los reclutadores o los centros de enseñanza utilizan estos nombres para diferenciarse de los demás.

Mientras que la mayoría de las disciplinas de ingeniería aplican sus conocimientos a áreas muy específicas, la ingeniería industrial se aplica prácticamente en todos los sectores. Entre los ejemplos en los que se puede utilizar la ingeniería industrial se encuentran el acortamiento de las colas en un parque de atracciones, la racionalización de un quirófano, la distribución de productos en todo el mundo y la fabricación de automóviles más baratos y fiables.

El nombre de “ingeniero industrial” puede ser engañoso. Aunque el término se aplicaba originalmente a la industria manufacturera, ha crecido hasta abarcar también los servicios y otras industrias. Campos similares son la investigación de operaciones, la ingeniería de sistemas, la ergonomía y la ingeniería de calidad.

En su trabajo, los ingenieros industriales hacen varias cosas para que los procesos sean más eficientes, para que los productos sean más fáciles de fabricar y tengan una calidad más uniforme, y para aumentar la productividad.

Áreas de especialización

Los conocimientos especializados que necesita un ingeniero industrial incluyen algunos o todos los elementos siguientes. Las personas con escasa formación o experiencia pueden especializarse sólo en algunos de ellos.

Bajo demanda

• Investigar los problemas relacionados con la calidad de los componentes o las dificultades para cumplir las restricciones de diseño y método.
• Investigar los problemas de rendimiento de los procesos o las máquinas.
• Aplicar los cambios de diseño en los momentos adecuados.

Específicamente por producto (a corto plazo)

• Análisis del diseño completo del producto para determinar la forma en que el proceso completo debe dividirse en pasos, u operaciones, y si hay que producir subconjuntos en determinados puntos del proceso completo. Esto requiere conocer las instalaciones disponibles en la empresa o en los subcontratistas.
• Especificación del método que se utilizará para fabricar o ensamblar el producto o productos en cada operación. Esto incluye las máquinas, el utillaje, las plantillas y los equipos de seguridad, que pueden tener que diseñarse y construirse. Es posible que haya que tener en cuenta los procedimientos y limitaciones de calidad, como la norma ISO9000. Para ello es necesario conocer las responsabilidades en materia de salud y seguridad y las políticas de calidad. También puede implicar la creación de programas para cualquier maquinaria automatizada.
• Medición o cálculo del tiempo necesario para realizar el método especificado, teniendo en cuenta las habilidades del operario. Esto se utiliza para calcular el coste de la operación realizada, para permitir el equilibrio de las líneas de flujo de ensamblaje o mecanizado o la evaluación de la capacidad de fabricación necesaria. Esta técnica se conoce como Estudio del Trabajo. Estos tiempos también se utilizan en el Análisis de Valor.
• Especificación de los métodos y equipos de almacenamiento, manipulación y transporte necesarios para los componentes y el producto acabado, así como en las etapas intermedias de todo el proceso. Esto debería eliminar la posibilidad de daños y minimizar el espacio necesario.

Específicamente por proceso (a medio plazo)

• Determinar el plan de mantenimiento para ese proceso.
• Evaluar la gama de productos que pasan por el proceso y, a continuación, investigar las oportunidades de mejora del proceso mediante una reconfiguración de las instalaciones existentes o mediante la compra de equipos más eficientes. Esto también puede incluir la subcontratación de ese proceso. Esto requiere conocimientos de técnicas de diseño y de análisis de inversiones.
• Revisar los productos individuales que pasan por el proceso para identificar las mejoras que pueden realizarse mediante el rediseño del producto, para reducir (o eliminar) el coste que añade el proceso, o para estandarizar los componentes, el utillaje o los métodos utilizados.

De forma genérica (a largo plazo)

• Analizar el flujo de Productos a través de las instalaciones de la fábrica para evaluar la eficiencia global, y si los Productos más importantes tienen prioridad para el proceso o máquina más eficiente. Esto significa maximizar el rendimiento de los productos más rentables. Para ello es necesario conocer el análisis estadístico y la teoría de las colas, así como la distribución posicional de las instalaciones.
• Formación de nuevos trabajadores en las técnicas necesarias para manejar las máquinas o los procesos de montaje.
• Planificación de proyectos para lograr la introducción oportuna de nuevos productos y procesos o cambios en los mismos.
• En general, una buena comprensión de la estructura y el funcionamiento de los elementos más amplios de la empresa, como las ventas, las compras, la planificación, el diseño y las finanzas; incluida una buena capacidad de comunicación. La práctica moderna también requiere buenas habilidades para participar en equipos multidisciplinares.

Ingeniería de valor

La ingeniería de valor se basa en la proposición de que en cualquier producto complejo, el 80% de los clientes necesitan el 20% de las características. Centrándose en el desarrollo del producto, se puede fabricar un producto superior a un coste menor para la mayor parte del mercado. Cuando un cliente necesita más funciones, hay que venderlas como opciones. Este enfoque es valioso en productos electromecánicos complejos, como las impresoras de ordenador, en los que la ingeniería es un coste importante del producto.

Para reducir los costes de ingeniería y diseño de un proyecto, a menudo se recurre a subconjuntos que se diseñan y desarrollan una vez y se reutilizan en muchos productos ligeramente diferentes. Por ejemplo, un reproductor de cinta típico tiene una cubierta de cinta de precisión moldeada por inyección producida, ensamblada y probada por una pequeña fábrica, y vendida a numerosas empresas más grandes como un subconjunto. El gasto en herramientas y diseño de la pletina se reparte entre muchos productos que pueden tener un aspecto muy diferente. Lo único que necesitan los demás productos son los orificios de montaje y la interfaz eléctrica necesarios.

Garantía de calidad/Control de calidad

El control de calidad es un conjunto de medidas adoptadas para garantizar que no se produzcan productos o servicios defectuosos y que el diseño cumpla los requisitos de rendimiento. La garantía de calidad abarca todas las actividades, desde el diseño, el desarrollo, la producción, la instalación, el mantenimiento y la documentación. En este campo se introdujeron las normas “apto para el uso” y “hacerlo bien a la primera”.

Es un tópico que “la calidad es gratis”. A menudo, no cuesta más fabricar un producto que siempre funciona, cada vez que sale de la cadena de montaje. Aunque esto requiere un esfuerzo consciente durante la ingeniería, puede reducir considerablemente el coste de los residuos y las repeticiones.

Los esfuerzos de calidad comercial tienen dos objetivos. El primero, reducir la precisión mecánica necesaria para obtener un buen rendimiento. El segundo, controlar todas las operaciones de fabricación para garantizar que todas las piezas y conjuntos estén dentro de una tolerancia determinada.

El control estadístico de los procesos de fabricación suele realizarse mediante el muestreo aleatorio y la comprobación de una fracción de la producción. La comprobación de todos los productos suele evitarse debido a las limitaciones de tiempo o de costes, o porque puede destruirse el objeto que se está comprobando (por ejemplo, al encender cerillas). Las desviaciones de las tolerancias críticas se rastrean continuamente, y los procesos de fabricación se corrigen antes de que se produzcan piezas defectuosas.

Un proceso valioso para realizar en un producto de consumo completo es el llamado “shake and bake”. Cada cierto tiempo, se monta un producto entero en una mesa de sacudidas en un horno ambiental, y se hace funcionar bajo una vibración, temperaturas y humedad crecientes hasta que falla. Así se descubren muchos puntos débiles imprevistos en un producto. Otra técnica relacionada consiste en hacer funcionar muestras de productos hasta que fallen. En general, los datos se utilizan para mejorar los procesos de ingeniería y fabricación. A menudo, cambios bastante sencillos pueden mejorar drásticamente el servicio del producto, como cambiar a una pintura resistente al moho o añadir la colocación de cerraduras en la formación del nuevo personal de montaje.

Muchas organizaciones utilizan el control estadístico de procesos para llevar a la organización a niveles de calidad Seis Sigma. En una organización Seis Sigma, cada elemento que genera valor o insatisfacción en el cliente se controla para garantizar que el número total de fallos esté por encima de la sexta sigma de probabilidad en una distribución normal de clientes, estableciendo un estándar de fallos de menos de cuatro piezas en un millón. Los elementos controlados suelen incluir tareas administrativas, como la entrada de pedidos, así como procesos de fabricación convencionales.

Producibilidad

Con frecuencia, los productos fabricados tienen precisiones, operaciones de producción o piezas innecesarias. Un simple rediseño puede eliminarlas, reduciendo los costes y aumentando la fabricabilidad, la fiabilidad y los beneficios.

Por ejemplo, los motores rusos de cohetes de combustible líquido están diseñados intencionadamente para permitir soldaduras feas (aunque sin fugas), para eliminar operaciones de rectificado y acabado que no ayudan a que el motor funcione mejor.

Algunos frenos de disco japoneses tienen piezas con una tolerancia de tres milímetros, una precisión fácil de cumplir. Cuando se combina con los controles estadísticos de proceso, se asegura que menos de una de cada millón de piezas no encajará.

Muchos fabricantes de vehículos tienen programas activos para reducir el número y los tipos de elementos de fijación en sus productos, con el fin de reducir el inventario, las herramientas y los costes de montaje.

Otra técnica de producibilidad es el conformado de forma casi neta. A menudo, un proceso de conformación de alta calidad puede eliminar cientos de pasos de mecanizado o perforación de baja precisión. El estampado de precisión por transferencia puede producir rápidamente cientos de piezas de alta calidad a partir de rollos genéricos de acero y aluminio. La fundición a presión se utiliza para producir piezas metálicas a partir de aluminio o aleaciones resistentes de estaño (suelen ser tan resistentes como los aceros suaves). El moldeo por inyección de plástico es una técnica muy potente, sobre todo si las propiedades especiales de la pieza se complementan con inserciones de latón o acero.

Cuando un producto incorpora un ordenador, sustituye muchas piezas por un software que cabe en una sola pieza de memoria o microcontrolador ligero y de bajo consumo. A medida que los ordenadores se hacen más rápidos, el software de procesamiento de señales digitales empieza a sustituir a muchos circuitos electrónicos analógicos de procesamiento de audio y, a veces, de radiofrecuencia.

En algunas placas de circuitos impresos (una técnica de producibilidad en sí misma), los conductores se dimensionan intencionadamente para que actúen como líneas de retardo, resistencias e inductores para reducir el número de piezas. Una importante innovación reciente ha sido la eliminación de los conductores de los componentes “montados en superficie”. De este modo, se eliminó la necesidad de perforar la mayoría de los agujeros en una placa de circuito impreso, así como de recortar los cables después de la soldadura.

En Japón, es un proceso habitual diseñar placas de circuito impreso de resina fenólica y papel de bajo coste, y reducir el número de capas de cobre a una o dos para abaratar costes sin perjudicar las especificaciones.

Cada vez es más habitual tener en cuenta la producibilidad en las fases iniciales del diseño del producto, un proceso que se denomina diseño para la fabricación. Es mucho más barato considerar estos cambios durante las fases iniciales del diseño que rediseñar los productos una vez completado su diseño inicial.

Economía del movimiento

Los ingenieros industriales estudian el modo en que los trabajadores realizan su trabajo, por ejemplo, cómo los trabajadores u operarios recogen los componentes electrónicos para colocarlos en una placa de circuito o en qué orden se colocan los componentes en la placa. El objetivo es reducir el tiempo que se tarda en realizar un determinado trabajo y redistribuir el trabajo de forma que se necesiten menos trabajadores para una tarea determinada.

Fredrick Taylor y Frank y Lillian Gilbreth realizaron gran parte del trabajo pionero en la economía del movimiento. El trabajo de Taylor pretendía estudiar y comprender qué era lo que provocaba la fatiga de los trabajadores en una mina de carbón, así como las formas de obtener una mayor productividad de los trabajadores sin necesidad de más horas de trabajo. Los Gilbreths idearon un sistema para clasificar todos los movimientos en subgrupos conocidos como therbligs (Gilbreths escrito al revés). Algunos ejemplos de therbligs son la sujeción, la posición y la búsqueda. Sus contribuciones a la ingeniería industrial y a la economía del movimiento están documentadas en el libro infantil Cheaper by the Dozen.

Los ingenieros industriales suelen realizar estudios de tiempo o muestreos de trabajo para comprender el papel típico de un trabajador. También se han desarrollado sistemas como MOST para comprender el contenido laboral de un puesto de trabajo.

Otras áreas de especialización

• Modelización de sólidos.
• Mecánica.
• Mecánica cuántica.
• Fotónica.

Referencias

• IIE. 1992. Industrial Engineering Terminology, edición revisada. Norwood, GA, EE.UU.: Instituto de Ingenieros Industriales (IIE).
• Salvendy, G. (ed.) 2001. Handbook of Industrial Engineering, Technology and Operations Management, 3rd ed. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc.
• Turner, W.C., J.H. Mize, K.E. Case y J.W. Nazemtz. 1992. Introduction to Industrial and Systems Engineering, 3rd ed. Upper Saddle River, NJ, USA: Prentice Hall.
• Zandin, K.B. (ed.) 2001. Maynard’s Industrial Engineering Handbook, 5ª edición. Nueva York, NY, EE.UU.: McGraw-Hill.