Minería de Datos en entornos de Análisis de Datos en Planta. ¿Qué ocurre en la producción?

Ago 21, 2013   //   by Ansgar   //   Minería de Datos  //  1 Comment

Es habitual hoy en día, en cualquier planta de producción, tener cientos o miles de registros donde se guarda la información de la actividad diaria: ¿ Cuántas piezas se han producido, a qué hora, quién ha sido el operario, si ha habido algún problema…?

Big (Small) Data en Planta

Big (Small) Data en Planta

Esta masa de datos, habitualmente, se analiza en base a cuadros de mando, en los que se agrupa la información por equipo, operario, planta, incidencias, obteniéndose resultados sobre el total de incidencias por máquina, centro, operario, que de forma gráfica, nos ubica en el estado de nuestro negocio.

Sin embargo, actualmente, este información se queda “corta” en dos sentidos:

  • Explican que ha ocurrido en el pasado, pero agrupando los datos, con lo que perdemos las razones de porqué han ocurrido ciertas incidencias, por ejemplo, en momentos puntuales. Para llegar a esta información, debemos hacer análisis manuales, agrupando por fines de semana, vacaciones, turnos, siempre de una forma deductiva, en base al “olfato” de los expertos, y con la pérdida que conlleva el análisis de numerosos datos multiplicados por las numerosas posibles variables que puede “explicar”  el comportamiento de la producción.
  • Por otro lado, al perder la “granularidad” temporal de lo ocurrido, podemos ver lo que ha ocurrido en el pasado, pero no podemos inferirlo al futuro inmediato, ya que no tenemos toda la información “agrupada” en el cubo que estamos analizando.
  • Finalmente, el sistema no es capaz de explicarnos el porqué de dichos comportamientos: tenemos que realizar, de nuevo, un estudio seleccionando el subconjunto de datos afectados, para intentar indagar cuáles son las variables que forman parte del problema.  La experiencia puede guiar el análisis de los datos hacia relaciones lógicas, como la disminución de la producción en una máquina antigua. ¿Pero qué sucede con aquéllos factores que no nos habíamos planteado?

La minería de datos, como su propio nombre indica, se encarga de coger el pico y la pala, y explorar esa inmensa mina de datos buscando las relaciones entre los diferentes factores. Así, podemos descubrir que una pieza complicada tarda más en ser fabricada en el turno de tarde, o que la máquina X muestra un rendimiento manifiestamente superior cuando la maneja el operario Pepe durante los primeros seis meses del año.

Minería de Datos

Minería de Datos

La gran ventaja de esta aproximación es que es el propio sistema, el que, con la totalidad de los datos, (e incluso, si pudiésemos, con más, por ejemplo, la temperatura ambiente en las zonas de producción), el que determina cuáles son los indicadores que forman parte del problema, y entre que valores dichos indicadores son críticos. Y todo ello, con sólo darle a un botón…

De esta forma, las reuniones semanales en las que los responsables de producción en las plantas, se reúnen para analizar qué es lo que ha pasado, por qué, y cuáles son las acciones correctivas, en vez de utilizar una gran parte de su tiempo para “descubrir” y analizar lo que ha pasado, tendrían ya esa información encima de la mesa, y directamente, analizarían lo que realmente a pasado, por qué se ha producido los desfases semanales (que variables han afectado a cada una de las máquinas, turnos, o procesos), realizar decisiones de mejora sobre dichos datos, e incluso, con esas modificaciones, simular qué es lo que va a ocurrir en las semana siguiente.

I3B, desde su Unidad de Análisis Predictivo, proporciona a nuestros clientes las herramientas necesarias, para que, dándole a un botón, puedan saber exactamente que es lo que ha ocurrido en su planta, las razones principales de los ocurrido, de una forma gráfica, usable y fácilmente comprensible.

El índice OEE

El OEE (Overall Equipment Effectiveness o Eficiencia General de los Equipos), tal y como podemos leer en la Wikipedia,  es una razón porcentual que sirve para medir la eficiencia productiva de la maquinaria industrial. La ventaja del OEE frente a otras razones es que mide, en un único indicador, todos los parámetros fundamentales en la producción industrial: la disponibilidad, la eficiencia y la calidad.

La fórmula para calcular el valor OEE es la siguiente:

OEE = Disponibilidad * Rendimiento* Calidad

Disponibilidad = DuracionTrabajoTotal / DuracionDisponible

Rendimiento = ProduccionTotal/ProduccionPrevista

Calidad= PiezasBuenasTotal/ProduccionTotal

El resultado de este indicador se puede dividir en distintos niveles, a nivel académico:

  • OEE < 65% Inaceptable. Se producen importantes pérdidas económicas. Muy baja competitividad.
  • 65% < OEE < 75% Regular. Aceptable sólo si se está en proceso de mejora. Pérdidas económicas. Baja competitividad.
  • 75% < OEE < 85% Aceptable. Continuar la mejora para superar el 85 % y avanzar hacia la World Class. Ligeras pérdidas económicas. Competitividad ligeramente baja.
  • 85% < OEE < 95% Buena. Entra en Valores World Class. Buena competitividad.
  • OEE > 95% Excelencia. Valores World Class. Excelente competitividad

Sin embargo, no todos los procesos productivos, empresas o fábricas se comportan del mismo modo… De esta forma, el sistema propuesto es capaz, en base a todos los datos históricos, de balancear automáticamente este valor, y sugerir la mejor distribución de OEE con respecto al resto del resto de distribuciones de los datos que tienen correlación con el OEE (incidencias, operarios, producción, temperatura ambiente, etc…)

Es importante detallar que el OEE, lógicamente, tendrá relación directa con los datos que lo producen, (Disponibilidad, Rendimiento, Calidad), pero si quitamos dichos datos de la “coctelera”, el sistema nos comienza a dar la correlación de otros indicadores directamente no relacionados con las fórmulas, con el resultado OEE (día de la semana, turno, hora, operario, etc..), que, en un principio, no están descritas en las fórmulas anteriores.

Así, si tenemos un conjunto de datos de entrada, con distintos indicadores, como el descrito en la Figura siguiente:

 

Datos Brutos en Planta
Datos Brutos en Planta

 

El propio sistema nos sugiere la mejor distribución de OEE para dichos datos, en forma de la siguiente tabla:

OEE Distribución Automática

OEE Distribución Automática

Como se puede observar, el nivel “Inaceptable” teórico, en este caso, se divide en dos, en un nivel “crítico” (< 31%), y en otro “Inaceptable” (=>31% y < 63%).

 Basándose en esta división esta es la distribución del mismo valor, se muestra además que la distribución normal (línea roja) indica que la mayoría de valores está en 0,2 y 0,5, con lo que ya, de un primer vistazo, podemos deducir que la mayoría de las producciones de esta planta están en un entorno  teóricamente “Inaceptable” ¿Por qué?

Explicando las Razones de los “OEE” Inaceptables.

No sabemos qué es lo que está ocurriendo para los indicadores OEE inaceptables. Le pedimos al sistema que nos muestre cuáles son aquellos campos que inciden de forma directa sobre el resultado OEE, y de forma automática, nos devuelve la siguiente gráfica:

Indicadores relacionados con OEE

Indicadores relacionados con OEE

Es decir, que el buen o mal resultado de un OEE viene dado, en primer lugar, por la máquina en la que se está trabajando, pero en segundo lugar, por el día de la semana que se trabaje, la Fase del trabajo, el operario y el turno que se le asigna.

Curiosamente, el día de la semana afecta al rendimiento en la producción, por máquina, pero necesitamos más detalle, que el sistema nos suministra de la siguiente manera:

Reglas_explicativas_OEE

Reglas explicativas OEE

De esta manera, podemos “entender” qué es lo que está pasando en nuestra planta. Por ejemplo, la máquina 145 tiene resultados Inaceptables los martes, mientras que los sabados y domingos, su rendimiento es “Regular”. Por otro lado, la máquina 155, tiene un rendimiento “Bueno” o “Aceptable” en general, excepto los miércoles, que en los turnos de mañana y noche, es “Inaceptable”.

Estos datos tienen una confianza de veracidad de un 94%, es decir, que son reales. Ahora, tocaría al jefe de planta, “indagar” porqué los miércoles a la mañana o a la tarde, en general, la máquina 155 tiene un rendimiento tan malo. Pero hemos logrado minimizar el tiempo de análisis de dicho gestor para detectar estos comportamientos a un simple “click” de ratón, para que pueda dedicar el resto de su jornada a mejorar los rendimientos anómalos, como este.

Visualización.

La navegación por las reglas no es evidente, si se genera un informe en papel, o semigráfico. Por ello, I3B permite incorporar las reglas resultantes (que ya incluyen los indicadores que modelan las explicaciones y sólo ellos), dentro de la plataforma analítica de cualquier cliente. Esto permite que las dimensiones y los atributos que afectan a un indicador ya están “filtrados” en cantidad (sólo aquellos indicadores relevantes), y en calidad (con los valores que afectan a los resultados).

Por lo tanto, la visualización y navegación de las reglas se hace más intuitiva, en base a cuadros como el que se muestra a continuación:

OEE_BI

OEE_BI

En estos cuadros, dinámicos,  se observa qué máquinas tienen un “OEE” más inaceptable (como en cualquier otro cubo), pero además, si navegamos por ellas, y pasamos de la primera condición a las siguientes  datos, vemos que para unas máquinas, su OEE se ve afectado por el operador que las trabaja, mientras que para otras, su rendimiento depende del turno de trabajo, independientemente del operador. Y todo ello, sin necesidad de cruzar ninguna dimensión con ningún atributo, ya están cruzados de antemano:

Diferencias de patrones en función de las máquinas

Diferencias de patrones en función de las máquinas

De esta forma, podemos navegar por las reglas de una forma intuitiva, entrando desde las generalidades de los OEE inaceptables, hasta sus particularidades, y llegando a conclusiones sobre su comportamiento analizando sólo 4 o 5 indicadores, que sabemos, “a priori”, que son los responsables de dicho comportamiento, junto con los umbrales (operario, fecha, turno, etc…) que los provocan, y por supuesto, la veracidad de dichas reglas. (En este caso, un 94% de acierto).

No sólo se puede analizar el OEE, sino todo aquel indicador de nuestra base de datos que queramos. Por ejemplo, otro indicador importante para analizar, además del OEE, son las incidencias. ¿Por qué se producen ciertas incidencias en nuestra planta de producción, dónde se producen, y cuándo?

Siguiendo la misma filosofía de trabajo, podemos generar el mismo cuadro de control sobre nuestras incidencias, y navegar por los indicadores que reproducen los motivos de porqué se dan las mismas, con un solo informe gráfico

Inciencias_BI

Inciencias BI

Y analizar, por ejemplo, porqué la mayoria de incidencias se producen en ciertas máquinas (y con ciertos operadores),

Incidencias por turnos en fabricación

Incidencias por turnos en fabricación

Y descubrir que tienen que ver con una fase de fabricación determinada, en unos turno muy concretos de la planificación.

Como conclusión, las herramientas automáticas de análisis de comportamientos no sólo son aplicables a grandes sectores como el marketing, banca u otros, sino que el denominado “BiogData” también es aplicable a los procesos de trabajo en fábricas y plantas de producción, de cualquier tamaño, evitando que el 80% del tiempo de análisis se convierte en un 80% de tiempo en mejoras¡, conociendo de antemano las razones concretas que modelan las fases productivas.

1 Comment

  • Muy bueno, donde hay datos se puede obtener información y conocimiento, sea cual sea el contexto.