ES2939723B2 - SYSTEM AND PROCEDURE FOR MANAGING TASKS AND GENERATION OF ALARMS IN FOOTWEAR MANUFACTURING CHAINS - Google Patents
SYSTEM AND PROCEDURE FOR MANAGING TASKS AND GENERATION OF ALARMS IN FOOTWEAR MANUFACTURING CHAINS Download PDFInfo
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE GESTIÓN DE TAREAS Y GENERACIÓN DE ALARMAS EN CADENAS DE FABRICACIÓN DE CALZADOTASK MANAGEMENT SYSTEM AND PROCEDURE AND ALARM GENERATION IN FOOTWEAR MANUFACTURING CHAINS
CAMPO DE LA INVENCIÓNFIELD OF THE INVENTION
La presente invención se refiere, en general, al campo de la industria manufacturera, proponiendo un procedimiento de gestión de tareas especialmente adecuado para la correcta asignación de recursos en cadenas de fabricación de productos de calzado. Más concretamente, la invención se refiere a un sistema de gestión que opera según dicho procedimiento y que está preferentemente basado en inteligencia artificial, para gestionar la carga de trabajo y las tareas asignadas a los operarios de dicho entorno de trabajo.The present invention refers, in general, to the field of the manufacturing industry, proposing a task management procedure especially suitable for the correct allocation of resources in manufacturing chains of footwear products. More specifically, the invention refers to a management system that operates according to said procedure and that is preferably based on artificial intelligence, to manage the workload and tasks assigned to the operators of said work environment.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Hoy día, en cualquier tipo de industria manufacturera o entorno productivo (independientemente de su tamaño), interactúan distintos tipos de recursos (tanto humanos como maquinaria) para la fabricación de determinados productos. Para ello, es necesaria la utilización de herramientas que faciliten el reparto de tareas u operaciones que deben llevar a cabo dichos recursos, con el fin de se lleven a cabo de forma coordinada y exitosa entre todas las partes involucradas. La gestión de tareas en cualquier compañía, por tanto, es esencial para alcanzar niveles de productividad adecuados, satisfaciendo las diferentes prioridades que puedan surgir dinámicamente, en función de condiciones cambiantes de carga de trabajo, mano de obra disponible, tareas a desempeñar, fechas de entrega de los productos a fabricar, etc.Today, in any type of manufacturing industry or productive environment (regardless of its size), different types of resources (both human and machinery) interact for the manufacture of certain products. To do this, it is necessary to use tools that facilitate the distribution of tasks or operations that must be carried out by these resources, in order for them to be carried out in a coordinated and successful manner between all the parties involved. Task management in any company, therefore, is essential to achieve adequate productivity levels, satisfying the different priorities that may arise dynamically, depending on changing workload conditions, available labor, tasks to be performed, deadlines. delivery of the products to be manufactured, etc.
No obstante, la asignación de las distintas tareas no siempre es adecuada, ya que las empresas no disponen de un sistema de gestión que sepa adaptarse no sólo a las características de sus recursos hardware (maquinaria, etc.) cuyo comportamiento es más predecible, sino también a las destrezas de sus recursos humanos (operarios) cuyo comportamiento puede ser más cambiante y depender de las tareas asignadas, la destreza en las mismas, etc. Además, hay que tener en cuenta, que para la realización de ciertas tareas, es necesario coordinar recursos hardware y humanos y, para ello, hay que tener en cuenta el posible grado de solapamiento de las tareas que efectúa cada uno. However, the assignment of different tasks is not always appropriate, since companies do not have a management system that knows how to adapt not only to the characteristics of their hardware resources (machinery, etc.) whose behavior is more predictable, but also to the skills of its human resources (operators) whose behavior may be more changeable and depend on the assigned tasks, their skill in them, etc. Furthermore, it must be taken into account that to carry out certain tasks, it is necessary to coordinate hardware and human resources and, to do so, the possible degree of overlap of the tasks carried out by each must be taken into account.
Actualmente, la inteligencia artificial (IA) proporciona numerosas herramientas con las que se puede mejorar sensiblemente la gestión de tareas de una compañía, por ejemplo, planteando dicha gestión como un problema de optimización multiobjetivo que es resuelto u optimizado empleando técnicas de IA. En un problema de optimización multiobjetivo, se trata de alcanzar simultáneamente una pluralidad de funciones objetivo, cada una de las cuales dependen de una o más variables de decisión. No obstante, habitualmente en este tipo de problemas, en la función objetivo aparecen variables (incumplimiento de fechas de entrega, tiempo ocioso o, en inglés, “lead time” de los operarios o personal de la empresa) difícilmente comparables entre ellas.Currently, artificial intelligence (AI) provides numerous tools with which a company's task management can be significantly improved, for example, by posing said management as a multi-objective optimization problem that is solved or optimized using AI techniques. In a multi-objective optimization problem, the aim is to simultaneously achieve a plurality of objective functions, each of which depends on one or more decision variables. However, usually in this type of problems, variables appear in the objective function (non-compliance with delivery dates, idle time or, in English, “lead time” of the company's operators or staff) that are difficult to compare with each other.
La presente invención soluciona las dificultades anteriores, proporcionando un procedimiento basado en IA y un sistema de asignación de tareas que permite maximizar el aprovechamiento de recursos (tanto humanos como de maquinaria) y realizar la correcta gestión de un entorno de trabajo, como por ejemplo una industria manufacturera, en donde la distribución de tareas a los operarios debe ser adecuada, flexible y adaptable a las condiciones dinámicas de carga de trabajo y productos a fabricar en dicho entorno de trabajo. El procedimiento de gestión de tareas según la presente invención comprende una alternativa al planteamiento convencional de dicha gestión como un problema de optimización multiobjetivo, e implica la sincronización de todos los recursos (humanos y hardware) del entorno de trabajo.The present invention solves the previous difficulties, providing a procedure based on AI and a task assignment system that allows maximizing the use of resources (both human and machinery) and carrying out the correct management of a work environment, such as a manufacturing industry, where the distribution of tasks to operators must be adequate, flexible and adaptable to the dynamic conditions of workload and products to be manufactured in said work environment. The task management procedure according to the present invention comprises an alternative to the conventional approach of said management as a multi-objective optimization problem, and involves the synchronization of all resources (human and hardware) of the work environment.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓNBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención está orientada a su uso en una industria de fabricación de calzado y está optimizada para una asignación más eficiente de las tareas, consiguiendo así una minimización del tiempo ocioso de los operarios de dicha industria; evitando, al mismo tiempo, el desbordamiento de los mismos por recibir una asignación excesiva de tareas.The present invention is aimed at its use in a footwear manufacturing industry and is optimized for a more efficient assignment of tasks, thus achieving a minimization of the idle time of the operators of said industry; avoiding, at the same time, their overflow due to receiving an excessive assignment of tasks.
Un primer objeto de la invención se refiere a un sistema de gestión de tareas y generación de alarmas para tareas de fabricación de calzado que llevan a cabo unos operarios, que comprende:A first object of the invention refers to a task management and alarm generation system for shoe manufacturing tasks carried out by operators, which comprises:
-un área de almacenamiento, con una pluralidad de espacios de alojamiento para material de fabricación de calzado, donde cada espacio comprende uno o más cajones y donde cada cajón estaría equipado con una identificación única; dichos identificadores comprenden información del origen y destino (qué puesto de trabajo de operario los va a requerir) de dichos cajones. El área de almacenamiento recibe la entrada de cajones con material de fabricación de calzado a través de una cinta general de entrada de material;-a storage area, with a plurality of accommodation spaces for shoe manufacturing material, where each space comprises one or more drawers and where each drawer would be equipped with a unique identification; These identifiers include information about the origin and destination (what job operator will require them) of said drawers. The storage area receives the input of drawers with shoe manufacturing material through a general material input belt;
- medios de transporte de material, que comprenden un transelevador y una pinza telescópica equipada con medios de lectura de los identificadores únicos de los cajones; estando dichos medios de transporte configurados para desplazar los cajones desde el área de almacenamiento a uno o más puestos de trabajo de operario, también para desplazar los cajones al área de almacenamiento desde la cinta general de entrada de material y para facilitar la salida de cajones del sistema a través de una cinta de externos o una cinta de calidad;- material transport means, which comprise a stacker crane and a telescopic gripper equipped with means for reading the unique identifiers of the drawers; said transport means being configured to move the drawers from the storage area to one or more operator workstations, also to move the drawers to the storage area from the general material input belt and to facilitate the exit of drawers from the system through an external tape or a quality tape;
- una cinta transportadora general en la que se reciben cajones del sistema a llevar al área del almacenamiento través de los medios de transporte, una primera cinta de recepción de productos en la que se reciben cajones del sistema a través de los medios de transporte, una segunda cinta de retorno, una cinta de calidad a través de la cual salen del sistema los cajones ya procesados por los operarios, y una cinta de externos a través de la cual salen del sistema, entre otros, los cajones cuyos identificadores únicos no pueden ser leídos correctamente; donde las cintas comprenden sensores de presencia configurados para detectar la presencia de cajones sobre las mismas;- a general conveyor belt on which drawers of the system to be taken to the storage area are received through the means of transport, a first product reception belt on which drawers of the system are received through the means of transport, a second return belt, a quality belt through which the drawers already processed by the operators leave the system, and an external belt through which, among others, the drawers whose unique identifiers cannot be read correctly; where the belts comprise presence sensors configured to detect the presence of drawers on them;
- puestos de trabajo de operarios, donde los operarios ejecutan una o más tareas de fabricación de calzado; donde cada puesto de trabajo comprende: un acceso a la primera cinta transportadora a través de la cual el operario recibe cajones, un acceso a la segunda cinta de retorno en la que el operario deposita el producto acabado, un gestor de tiempo adaptado para ser manipulado por el operario para indicar el inicio y el fin de una tarea, un espacio local de alojamiento, uno o más indicadores luminosos configurados para cambiar de color según si los sensores de presencia detectan cajones sobre las cintas o si se detecta una anomalía en el funcionamiento del puesto de operario, y unos medios de visualización gráfica;- operator jobs, where operators perform one or more shoe manufacturing tasks; where each work station includes: access to the first conveyor belt through which the operator receives drawers, access to the second return belt on which the operator deposits the finished product, a time manager adapted to be manipulated by the operator to indicate the start and end of a task, a local accommodation space, one or more light indicators configured to change color depending on whether the presence sensors detect drawers on the belts or if an anomaly is detected in the operation of the operator's position, and graphic display means;
- un servidor, que comprende una base de datos con los identificadores únicos de los cajones, e información de todos los operarios, puestos de trabajo;- a server, which includes a database with the unique identifiers of the drawers, and information on all operators and jobs;
- un ordenador de control, que está configurado para intercambiar una secuencia de tareas, unas órdenes de control y alarmas, a través de medios de comunicación, con el servidor del sistema, las cintas, los medios de transporte y los medios de visualización gráfica del puesto de trabajo del operario.- a control computer, which is configured to exchange a sequence of tasks, control orders and alarms, through communication means, with the system server, the tapes, the transport means and the graphic display means of the operator's workplace.
Ventajosamente, el sistema de la invención está caracterizado por que la pinza telescópica dispone de tres grados de libertad en el espacio, en direcciones vertical, horizontal y profundidad (que se pueden interpretar como tres ejes definiendo un espacio tridimensional en un sistema de coordenadas cartesiano).Advantageously, the system of the invention is characterized in that the telescopic clamp has three degrees of freedom in space, in vertical, horizontal and depth (which can be interpreted as three axes defining a three-dimensional space in a Cartesian coordinate system).
En realizaciones preferentes del sistema de la invención, dicho sistema comprende adicionalmente una interfaz gráfica que se muestra en la pantalla del ordenador y que está configurada para mostrar, en tiempo real, información del estado de todos los puestos de trabajo, cintas, medios de transporte y espacios de alojamiento del área de almacenamiento.In preferred embodiments of the system of the invention, said system additionally comprises a graphical interface that is displayed on the computer screen and that is configured to display, in real time, information on the status of all workstations, belts, means of transport. and storage area accommodation spaces.
En realizaciones preferentes del sistema de la invención, donde los identificadores únicos de los cajones son códigos de barras o códigos QR.In preferred embodiments of the system of the invention, where the unique identifiers of the drawers are barcodes or QR codes.
En realizaciones preferentes del sistema de la invención, los sensores de presencia de las distintas cintas y de los accesos a las mismas desde los distintos puestos de trabajo de los operarios comprenden fotocélulas o sensores de presión.In preferred embodiments of the system of the invention, the presence sensors of the different belts and the access to them from the different workstations of the operators comprise photocells or pressure sensors.
Un segundo objeto de la invención se refiere a un procedimiento de gestión de tareas y generación de alarmas para tareas de fabricación de calzado empleando el sistema detallado anteriormente, de forma que el procedimiento comprende la realización, para cada cajón, de las siguientes operaciones:A second object of the invention refers to a procedure for managing tasks and generating alarms for shoe manufacturing tasks using the system detailed above, so that the procedure includes carrying out, for each drawer, the following operations:
- entrenar, en el ordenador, un modelo de inteligencia artificial con unos datos históricos de funcionamiento de la fábrica almacenados en la base de datos del servidor, donde dichos datos históricos son datos de entrada para dicho modelo y comprenden: número de puestos de trabajo, distintas tareas que se pueden realizar en cada uno de dichos puestos de trabajo, prioridad de las tareas que se ejecutan en los puestos de trabajo, velocidad de ejecución de las tareas en los puestos de trabajo, calendario de tareas de cada puesto de trabajo, retrasos en la ejecución de tareas en los puestos de trabajo, penalización de tiempo por cambio de tarea en cada puesto de trabajo, tiempo ocioso de cada puesto de trabajo, tareas realizadas por los medios de transporte, estado de los sensores de presencia de las cintas del sistema y ocupación de los espacios de alojamiento del área de almacenamiento de la fábrica; y donde los datos de salida del modelo comprenden: asignación de tareas y orden de prioridad para su realización en los puestos de trabajo de los operarios, una o más alarmas, una o más órdenes de control para el transelevador, la pinza telescópica y las cintas;- training, on the computer, an artificial intelligence model with historical factory operation data stored in the server database, where said historical data is input data for said model and includes: number of jobs, different tasks that can be performed in each of said jobs, priority of the tasks that are executed in the jobs, speed of execution of the tasks in the jobs, schedule of tasks for each job, delays in the execution of tasks in the workstations, time penalty for changing the task in each workstation, idle time in each workstation, tasks carried out by the means of transport, status of the presence sensors of the conveyor belts. system and occupation of accommodation spaces in the factory storage area; and where the output data of the model includes: assignment of tasks and order of priority for their performance in the operators' workstations, one or more alarms, one or more control orders for the stacker crane, the telescopic gripper and the belts. ;
- recibir, a través de los medios de comunicación del ordenador, unos datos actuales de funcionamiento de la fábrica, que comprenden: número de puestos de trabajo, tareas que se pueden realizar en cada uno de dichos puestos de trabajo, prioridad de las tareas que se ejecutan en los puestos de trabajo, velocidad de ejecución de las tareas en los puestos de trabajo, calendario de tareas de cada puesto de trabajo, retrasos en la ejecución de tareas en los puestos de trabajo, penalización de tiempo por cambio de tarea en cada puesto de trabajo, tiempo ocioso de cada puesto de trabajo, tareas realizadas por el transelevador y la pinza telescópica, estado de los sensores de presencia de las cintas del sistema y ocupación de los espacios de alojamiento del área de almacenamiento de la fábrica;- receive, through the computer's communication means, current factory operating data, which includes: number of workstations work, tasks that can be performed in each of said jobs, priority of the tasks that are executed in the jobs, speed of execution of the tasks in the jobs, schedule of tasks for each job, delays in the execution of tasks in the workstations, time penalty for changing the task in each workstation, idle time of each workstation, tasks performed by the stacker crane and the telescopic gripper, status of the presence sensors the system tapes and occupation of the accommodation spaces in the factory storage area;
- almacenar los datos actuales de funcionamiento de la fábrica en la base de datos del servidor;- store the current factory operating data in the server database;
- introducir en el modelo de inteligencia artificial, los datos de entrada, los datos actuales de funcionamiento de la fábrica, para obtener como datos de salida la asignación actual de tareas y orden de prioridad para su realización en los puestos de trabajo de los operarios, una o más alarmas, y una o más órdenes de control para el transelevador, la pinza telescópica y las cintas;- enter into the artificial intelligence model, the input data, the current factory operating data, to obtain as output data the current assignment of tasks and order of priority for their completion in the operators' jobs, one or more alarms, and one or more control commands for the stacker crane, the telescopic gripper and the belts;
- proveer una pluralidad de espacios de almacenamiento que contienen cajones con material para la fabricación de calzado;- providing a plurality of storage spaces containing drawers with material for shoe manufacturing;
- enviar la asignación actual de tareas y orden de prioridad para su realización, generada por el modelo de inteligencia artificial, a cada operario de cada puesto de trabajo a través de los medios de visualización;- send the current assignment of tasks and order of priority for their completion, generated by the artificial intelligence model, to each operator of each job through the visualization means;
- enviar una o más órdenes de control, generadas por el modelo de inteligencia artificial, al transelevador y a la pinza telescópica, para buscar en los espacios de alojamiento el cajón, leer el identificador único del cajón, y para transportar dicho cajón hasta la primera cinta de recepción de productos;- send one or more control orders, generated by the artificial intelligence model, to the stacker crane and the telescopic gripper, to search the accommodation spaces for the drawer, read the unique identifier of the drawer, and to transport said drawer to the first belt product reception;
- enviar una o más ordenes de control, generadas por el modelo de inteligencia artificial, a las cintas para regular su velocidad y dirección de desplazamiento;- send one or more control orders, generated by the artificial intelligence model, to the belts to regulate their speed and direction of travel;
- transportar el cajón al acceso a la primera cinta de recepción de material más próxima al puesto de operario que se encargará de utilizarlo;- transport the drawer to the access to the first material reception conveyor closest to the operator's station that will be in charge of using it;
- recibir el cajón en el acceso de la primera cinta de recepción de material del puesto de trabajo, y activar el sensor de presencia en el acceso de la primera cinta del puesto de trabajo para indicar que está ocupado;- receive the drawer at the access of the first material reception belt of the workstation, and activate the presence sensor at the access of the first belt of the workstation to indicate that it is occupied;
- realizar, en el puesto de trabajo, la tarea asignada midiendo el tiempo transcurrido entre el inicio y el fin de dicha tarea con un gestor de tiempo;- carry out, in the workplace, the assigned task by measuring the time elapsed between the start and the end of said task with a time manager;
- depositar, en la segunda cinta de retorno los uno o más cajones con el producto de calzado terminado en el puesto de trabajo y desactivar el sensor de presencia en la primera cinta, lo cual activa el funcionamiento de la segunda cinta de retorno; - deposit, on the second return belt, the one or more drawers with the finished footwear product at the workplace and deactivate the presence sensor on the first belt, which activates the operation of the second return belt;
- transportar el cajón hasta el final de la segunda cinta de retorno; y- transport the box to the end of the second return belt; and
- enviar, mediante el ordenador, una orden de control al transelevador y a la pinza telescópica para desplazarse a la posición donde se encuentra el cajón, recoger dicho cajón y sacarlo del sistema o llevarlo a la cinta de calidad o llevarlo a la cinta de externos.- send, through the computer, a control order to the stacker crane and the telescopic clamp to move to the position where the drawer is located, pick up said drawer and remove it from the system or take it to the quality conveyor or take it to the external conveyor.
En realizaciones preferentes del procedimiento de la invención, el modelo de inteligencia artificial comprende al menos uno de los siguientes: redes neuronales, redes bayesianas, árbol de decisión, máquinas de vectores de soporte, modelos basados en algoritmos genéticos, regresión.In preferred embodiments of the method of the invention, the artificial intelligence model comprises at least one of the following: neural networks, Bayesian networks, decision tree, support vector machines, models based on genetic algorithms, regression.
En realizaciones preferentes del procedimiento de la invención, los datos de entrada que se proporcionan al modelo de inteligencia artificial son previamente preprocesados mediante operaciones de promediado y de eliminación de puntos anómalos.In preferred embodiments of the method of the invention, the input data provided to the artificial intelligence model are previously preprocessed through averaging and elimination of anomalous points operations.
En realizaciones preferentes del procedimiento de la invención, el ordenador genera y muestra una o más alarmas a través de la interfaz gráfica del sistema en uno de los siguientes casos:In preferred embodiments of the method of the invention, the computer generates and displays one or more alarms through the system's graphical interface in one of the following cases:
-cuando el identificador único de alguno de los cajones no puede ser leído correctamente mediante los medios de lectura de identificadores únicos de la pinza telescópica;-when the unique identifier of any of the drawers cannot be read correctly by the unique identifier reading means of the telescopic clamp;
- cuando la base de datos del servidor no comprende información del puesto de trabajo de operario donde será procesado uno de los cajones;- when the server database does not include information on the operator's workplace where one of the drawers will be processed;
- cuando existen uno o más cajones sin recoger a la salida de la cinta de calidad o la cinta de externos y existe riesgo de desbordamiento del sistema.- when there are one or more uncollected drawers at the exit of the quality belt or the external belt and there is a risk of system overflow.
En realizaciones preferentes del procedimiento de la invención, las órdenes de control que el ordenador envía a los medios de transporte comprenden: velocidad y posición de desplazamiento, recogida de uno o más de los cajones en función de su identificador único; y donde las órdenes de control que el ordenador envía a las cintas comprenden: velocidad y sentido de desplazamiento de las cintas o detención de emergencia de dichas cintas.In preferred embodiments of the method of the invention, the control orders that the computer sends to the means of transport include: speed and position of movement, collection of one or more of the drawers based on their unique identifier; and where the control orders that the computer sends to the tapes include: speed and direction of movement of the tapes or emergency stop of said tapes.
En realizaciones preferentes del procedimiento de la invención, las órdenes de control que el ordenador envía a los medios de transporte comprenden: velocidad y posición de desplazamiento del transelevador y/o la pinza telescópica, recogida de uno o más de los cajones en función de su identificador único; y donde las órdenes de control que el ordenador envía a las cintas comprenden: velocidad y sentido de desplazamiento de las cintas o detención de emergencia.In preferred embodiments of the method of the invention, the control orders that the computer sends to the means of transport include: speed and position of movement of the stacker crane and/or the telescopic gripper, collection of one or more of the drawers depending on their Unique identifier; and where the control orders that the computer sends to the tapes include: speed and direction of movement of the tapes or emergency stop.
En realizaciones preferentes del procedimiento de la invención, el orden decreciente de prioridad para las tareas que son ejecutadas por los medios de transporte y en los puestos de trabajo es el siguiente (siempre y cuando ningún puesto de trabajo quede ocioso):In preferred embodiments of the method of the invention, the descending order of priority for the tasks that are executed by the means of transport and in the workstations is as follows (as long as no workstation is left idle):
a) envío de órdenes de control a los medios de transporte para entregar cajones a los puestos de trabajo;a) sending control orders to means of transport to deliver boxes to work stations;
b) envío de órdenes de control a los medios de transporte para sacar cajones del sistema, a través de la cinta de calidad o la cinta de externos;b) sending control orders to the means of transport to remove boxes from the system, through the quality tape or the external tape;
c) desplazar las cintas (regulando su sentido de desplazamiento y velocidad) para entregar o recoger cajones de los puestos de trabajo;c) move the belts (regulating their direction of movement and speed) to deliver or collect boxes from the workstations;
d) sacar del sistema cajones cuyo puesto de trabajo de destino no ha sido leído correctamente.d) remove drawers from the system whose destination work center has not been read correctly.
Alternativamente, si existe algún puesto de trabajo ocioso en el sistema, hay que asignarle aleatoriamente una tarea que pueda ser efectuada inmediatamente, sin atender al orden de prioridad indicado antes.Alternatively, if there is an idle job in the system, it must be randomly assigned a task that can be carried out immediately, without regard to the order of priority indicated above.
En realizaciones preferentes del procedimiento de la invención, dicho procedimiento se ejecuta a intervalos de tiempo regulares, donde dichos intervalos se configuran a través de la interfaz gráfica. Esto permite ajustarse dinámicamente a la carga de trabajo que existe en la fábrica. Así, en cada intervalo el modelo de IA se entrena y actualiza considerando como datos de entrada todos los datos de funcionamiento de la fábrica disponibles en la base de datos del servidor.In preferred embodiments of the method of the invention, said procedure is executed at regular time intervals, where said intervals are configured through the graphical interface. This allows you to dynamically adjust to the workload that exists in the factory. Thus, at each interval the AI model is trained and updated considering as input data all the factory operating data available in the server database.
A lo largo del texto, la palabra “comprende” (y sus derivados) no deben ser entendidos de un modo excluyente, sino que deben ser entendidos en el sentido en que admiten la posibilidad de que lo definido pueda incluir elementos o etapas adicionales. Además, en el contexto de la presente invención, se entenderá como “cajón” o “banasta” a cualquier contenedor apto para el almacenamiento de materiales para la fabricación de calzado.Throughout the text, the word “comprises” (and its derivatives) should not be understood in an exclusive way, but rather should be understood in the sense in which they admit the possibility that what is defined may include additional elements or stages. Furthermore, in the context of the present invention, “drawer” or “basket” will be understood as any container suitable for storing materials for the manufacture of footwear.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES
Para completar la descripción de la invención se proporciona un conjunto de figuras, que forman parte integral de la descripción e ilustran una realización preferente de la invención. Dichas figuras deben interpretarse de modo ilustrativo, no limitativo, y se detallan a continuación.To complete the description of the invention, a set of figures is provided, which form an integral part of the description and illustrate a preferred embodiment of the invention. These figures should be interpreted in an illustrative, non-limiting manner, and are detailed below.
La Figura 1 muestra un esquema del sistema según la presente invención, cuando está desplegado en una fábrica.Figure 1 shows a diagram of the system according to the present invention, when deployed in a factory.
La Figura 2 muestra una vista isométrica del sistema según la presente invención.Figure 2 shows an isometric view of the system according to the present invention.
La Figura 3 ilustra un esquema donde se observan los elementos hardware del sistema según la presente invención, incluyendo diversas cintas transportadoras, medios de transporte de materiales, un ordenador de control y un servidor.Figure 3 illustrates a diagram showing the hardware elements of the system according to the present invention, including various conveyor belts, means of transporting materials, a control computer and a server.
La Figura 4 corresponde a una vista detallada de los puestos de trabajo de los operarios en el sistema según la presente invención.Figure 4 corresponds to a detailed view of the operator jobs in the system according to the present invention.
La Figura 5 ilustra una vista isométrica de la pinza telescópica incluida en el sistema según la presente invención y cómo se emplea para sujetar un cajón de material de calzado.Figure 5 illustrates an isometric view of the telescopic clamp included in the system according to the present invention and how it is used to hold a drawer of shoe material.
La Figura 6 muestra una vista lateral de la misma pinza telescópica de la Figura 5.Figure 6 shows a side view of the same telescopic clamp as in Figure 5.
La Figura 7 ilustra los medios de transporte de material al completo del sistema según la presente invención, donde el transelevador va conectado a la pinza telescópica.Figure 7 illustrates the complete material transport means of the system according to the present invention, where the stacker crane is connected to the telescopic clamp.
Las citadas Figuras 1-7 se acompañan de una serie de referencias numéricas, correspondientes a los siguientes elementos:The aforementioned Figures 1-7 are accompanied by a series of numerical references, corresponding to the following elements:
(1) Espacios de almacenamiento.(1) Storage spaces.
(1’) Cajones con material para la fabricación de zapatos.(1') Drawers with material for making shoes.
(2) Puestos de trabajo de los operarios.(2) Operator jobs.
(3) Primera cinta transportadora de recepción de material.(3) First material reception conveyor belt.
(4) Segunda cinta transportadora de retorno.(4) Second return conveyor belt.
(5) Medios de transporte de material.(5) Means of transporting material.
(6) Transelevador.(6) Stacker crane.
(7) Pinza telescópica.(7) Telescopic clamp.
(8) Cinta general de entrada de material. (8) General material entry belt.
(9) Cinta de calidad.(9) Quality tape.
(10) Cinta de externos.(10) External tape.
(11) Servidor.(11) Server.
(12) Ordenador.(12) Computer.
(13) Pantalla del ordenador.(13) Computer screen.
(14) Uñas de la pinza telescópica.(14) Telescopic clamp nails.
(15) Mástil.(15) Mast.
(16) Carril de desplazamiento.(16) Travel rail.
(17) Testero.(17) Header.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un procedimiento para automatizar la asignación de tareas y optimizar la carga de trabajo de uno o más individuos (también referidos como operarios) en labores de fabricación de calzado, así como a un sistema que lleva a cabo dicho procedimiento. El sistema de la invención se implementa preferentemente en una fábrica de calzado, para la distribución de las tareas en dicha fábrica, donde una pluralidad de operarios lleva a cabo diversas tareas de manera coordinada. Tal y como se muestra en la Figura 1, en la fábrica existe un área de almacenamiento con una pluralidad de espacios (1) de almacenamiento, por ejemplo estanterías metálicas (u otro tipo de compartimentos), donde se alojan cajones (1 ’) o banastas que contienen determinados materiales para la fabricación del calzado; así como un área de producción que comprende una pluralidad de puestos (2) de trabajo para operarios (también referidos como técnicos o empleados de la fábrica) donde se llevan a cabo las tareas de fabricación en sí (cortado, unión de piezas, grabado, montado, acabado, pigmentado y empaque del calzado), y una pluralidad de puntos de entrega donde se deben depositar los productos ya terminados, para ser enviados al cliente. Tanto los compartimentos del área de almacenamiento como los cajones (1’) o banastas que se reparten a los operarios están equipados con un identificador único (por ejemplo, un código de barras, código QR, etc.).The present invention relates to a procedure for automating the assignment of tasks and optimizing the workload of one or more individuals (also referred to as operators) in footwear manufacturing tasks, as well as a system that carries out said procedure. The system of the invention is preferably implemented in a footwear factory, for the distribution of tasks in said factory, where a plurality of operators carry out various tasks in a coordinated manner. As shown in Figure 1, in the factory there is a storage area with a plurality of storage spaces (1), for example metal shelves (or other types of compartments), where drawers (1 ') or baskets containing certain materials for the manufacture of footwear; as well as a production area that includes a plurality of work stations (2) for operators (also referred to as technicians or factory employees) where the manufacturing tasks themselves are carried out (cutting, joining parts, engraving, assembly, finishing, pigmenting and packaging of the footwear), and a plurality of delivery points where the finished products must be deposited, to be sent to the client. Both the compartments in the storage area and the drawers (1') or baskets that are distributed to operators are equipped with a unique identifier (for example, a barcode, QR code, etc.).
En el área de trabajo (producción) existe una pluralidad de puestos (2) de trabajo para los operarios que tienen un acceso a una primera cinta (3) transportadora de recepción y a una segunda cinta (4) transportadora de retorno. Estas cintas (3) y (4) sirven para la entrada y salida del producto a fabricar, en este caso, calzado. Además, en la fábrica existen unos medios (5) de transporte de objetos, por ejemplo, un brazo robótico o un transelevador. En este caso, el sistema de la invención comprende, ventajosamente, un transelevador (6) equipado con una pinza (7) telescópica (pinza con un carril telescópico para su desplazamiento), los cuales permiten acercar los materiales necesarios en cada momento a los operarios. Los medios (5) de transporte ejecutan los movimientos necesarios para el reparto de material de trabajo coordinados entre sí, incrementando la productividad y disminuyendo los recursos requeridos para la funcionalidad de la producción y el mantenimiento. De esta manera, el sistema de la invención permite el reparto de material (aparados) a los operarios, el almacenamiento automático de cestas (banastas) mediante movimientos mecánicos automatizados, además de la gestión de las tareas necesarias para la fabricación del calzado; tanto el control a nivel hardware (enviando órdenes de control a la maquinaria de la fábrica, tal y como se explicará más adelante) como a nivel humano (planificando las tareas de los operarios, para que el aprovechamiento del tiempo de trabajo sea máximo).In the work (production) area there is a plurality of work stations (2) for operators who have access to a first reception conveyor belt (3) and a second return conveyor belt (4). These belts (3) and (4) serve for the entry and exit of the product to be manufactured, in this case, footwear. Furthermore, in the factory there are means (5) for transporting objects, for example, a robotic arm or a stacker crane. In this case, the system of the invention advantageously comprises: a stacker crane (6) equipped with a telescopic clamp (7) (clamp with a telescopic rail for its movement), which allows the materials necessary at all times to be brought closer to the operators. The means (5) of transport execute the movements necessary for the distribution of work material in coordination with each other, increasing productivity and decreasing the resources required for the functionality of production and maintenance. In this way, the system of the invention allows the distribution of material (equipment) to operators, the automatic storage of baskets (baskets) through automated mechanical movements, in addition to the management of the tasks necessary for the manufacture of footwear; both control at a hardware level (sending control orders to the factory machinery, as will be explained later) and at a human level (planning the tasks of the operators, so that the use of working time is maximum).
Cada uno de los espacios (1) de almacenamiento y cada uno de los cajones (1’) o banastas está debidamente identificado mediante un medio de identificación unívoco (por ejemplo, un código de barras), que contiene información tal como el tipo de material almacenado, fechas de recepción, cintas a la que va destinado, etc.Each of the storage spaces (1) and each of the drawers (1') or baskets is duly identified by means of a unique means of identification (for example, a barcode), which contains information such as the type of material. stored, dates of receipt, tapes for which it is intended, etc.
El transelevador (6) está adaptado para desplazarse tanto en la dirección horizontal como en la vertical, de modo que puede desplazarse en el espacio hacia la derecha, izquierda, arriba y/o abajo. Esto facilita su utilización para la extracción de materiales de los compartimentos del área de almacenamiento del material, para su traslado hacia la cinta transportadora del puesto de trabajo del operario que requiera dichos materiales.The stacker crane (6) is adapted to move in both the horizontal and vertical directions, so that it can move in space to the right, left, up and/or down. This facilitates its use to extract materials from the compartments of the material storage area, for transfer to the conveyor belt of the operator's workplace that requires said materials.
Adicionalmente, el sistema de la invención comprende uno o más sensores de presencia, por ejemplo, fotocélulas ubicadas en las cintas (3) y (4) y configuradas para detectar la presencia de cajones (1’) con material en las distintas cintas o fotocélulas en el transelevador (6), para detectar la posición del cajón durante su desplazamiento con dicho transelevador (6), por ejemplo, para saber si el material de un cajón se está desplazando a izquierdas o derechas. Asimismo, el sistema de la invención comprende un detector de código de barras, QR o similar, en función de los medios de identificación únicos de los cajones (1’) y banastas que se emplee.Additionally, the system of the invention comprises one or more presence sensors, for example, photocells located on the belts (3) and (4) and configured to detect the presence of drawers (1') with material on the different belts or photocells. in the stacker crane (6), to detect the position of the drawer during its movement with said stacker crane (6), for example, to know if the material in a drawer is moving to the left or right. Likewise, the system of the invention comprises a barcode, QR or similar detector, depending on the unique identification means of the drawers (1') and baskets that are used.
La Figura 2 ilustra una vista isométrica de la fábrica en su conjunto, donde se observa en mayor detalle el área de producción con la pluralidad de puestos (2) de trabajo de los operarios, comprendiendo a su vez dichos puestos (2) de trabajo los siguientes elementos:Figure 2 illustrates an isometric view of the factory as a whole, where the production area with the plurality of work stations (2) is observed in greater detail. the operators, said work positions (2) comprising the following elements:
A) Un acceso a la primera cinta (3) transportadora de recepción de productos, que comprende medios de desplazamiento para acercar el material al operario y un sensor de presencia configurado para que al recibir el producto conste como que el operario del puesto está ocupado.A) An access to the first conveyor belt (3) for receiving products, which includes movement means to bring the material closer to the operator and a presence sensor configured so that upon receiving the product it appears that the operator of the position is occupied.
B) Un espacio (3’) local de alojamiento (cajón, banasta o similar), próximo a la primera (3) cinta transportadora de recepción de productos.B) A local accommodation space (3') (drawer, basket or similar), close to the first (3) product reception conveyor belt.
C) Un acceso a la segunda cinta (4) de retorno, en la que se coloca el producto terminado por el operario.C) An access to the second return belt (4), on which the finished product is placed by the operator.
D) Un gestor de tiempo, adaptado para ser manipulado por el operario de cada puesto para indicar el inicio y el fin de cada tarea. Por ejemplo, el gestor de tiempo puede ser un cronómetro o un temporizador de cualquier tipo conocido.D) A time manager, adapted to be manipulated by the operator of each position to indicate the start and end of each task. For example, the time manager may be a stopwatch or timer of any known type.
E) Opcionalmente, indicadores luminosos para mostrar el estado de cada cinta (3), (4) en función de la detección de objetos que haya realizado el sensor de presencia de los accesos a dicha cinta (3), (4). En realizaciones preferentes de la invención, el sistema comprende un indicador luminoso en los puestos (2) de trabajo con un código de colores en función no solo de si detecta o no presencia de materiales, sino del estado del puesto (2) de trabajo (ocupado, disponible, sufriendo un problema técnico, etc.). F) Opcionalmente, una pantalla o un medio de visualización gráfica en el que el operario puede ver las distintas tareas que le son asignadas, así como el tiempo del que dispone para realizarlas.E) Optionally, light indicators to show the status of each tape (3), (4) depending on the detection of objects made by the presence sensor of the accesses to said tape (3), (4). In preferred embodiments of the invention, the system comprises a light indicator in the work stations (2) with a color code depending not only on whether or not it detects the presence of materials, but also on the state of the work station (2) ( busy, available, experiencing a technical problem, etc.). F) Optionally, a screen or a graphic display medium in which the operator can see the different tasks assigned to him, as well as the time available to perform them.
Tal como se observa en la figura 2, existe una cinta (8) general de entrada de material por la que se reciben los cajones (1’) que serán llevados al área de almacenamiento mediante los medios (5) de transporte - transelevador (6) -.As seen in Figure 2, there is a general material input belt (8) through which the crates (1') are received and will be taken to the storage area by means of transport (5) - stacker crane (6). ) -.
Como se observa en la figura 3, también existe una primera cinta (3) de recepción de productos en la que los medios (5) de transporte - transelevador (6) - de la fábrica depositan los cajones (1’) con materiales procedentes del área de almacenamiento. A continuación, unos medios de separación dispuestos en dicha primera cinta (3) (flaps o similares) reparten los cajones (1’) de materiales entre los distintos puestos de trabajo. En este caso, los puestos de trabajo de los operarios se agrupan en torno a cuatro grupos A-D en función de las tareas de aparado de calzado a realizar. Cada grupo comprende la primera cinta (3) de recepción de productos y una segunda cinta (4).As seen in Figure 3, there is also a first belt (3) for receiving products in which the transport means (5) - stacker crane (6) - of the factory deposit the crates (1') with materials from the storage area. Next, separation means arranged on said first belt (3) (flaps or similar) distribute the drawers (1') of materials between the different workstations. In this case, the workers' jobs are grouped around four AD groups depending on the shoe fitting tasks to be performed. Each The group comprises the first belt (3) for receiving products and a second belt (4).
Cada cinta (3), (4), (8) comprende uno o más sensores de presencia (por ejemplo, una fotocélula o sensores de presión activados por el peso de los cajones (1’)), que se activan cuando se detecta la presencia de cajones (1’) de material dispuestos sobre dicha cinta (3), (4), (8). Una vez la caja de material es trasladada, el sensor de presencia se desactiva y la cinta (3), (4), (8) se detiene. Además, los cajones (1’) del área de almacenamiento se dividen de tal modo que el material necesario para cada uno de los grupos de cintas A-D se encuentra en estanterías diferentes. También se incluye una cinta (9) de calidad, a través de las cuales salen los cajones (1’) con los productos terminados; y una cinta (10) de externos, que sirve para sacar del sistema las banastas que no pueden ser leídas correctamente. Las cintas transportadoras deben estar tensadas.Each belt (3), (4), (8) comprises one or more presence sensors (for example, a photocell or pressure sensors activated by the weight of the drawers (1')), which are activated when the presence of drawers (1') of material arranged on said belt (3), (4), (8). Once the box of material is moved, the presence sensor is deactivated and the belt (3), (4), (8) stops. Furthermore, the drawers (1') of the storage area are divided in such a way that the material necessary for each of the tape groups A-D is located on different shelves. A quality belt (9) is also included, through which the drawers (1') with the finished products come out; and an external tape (10), which is used to remove from the system the baskets that cannot be read correctly. Conveyor belts must be tensioned.
De esta forma, cuando el cajón (1’) llega al final de la segunda cinta (4) de retorno, los medios (5) de transporte se desplazan a este ese punto para su recogida y proceder a sacarlo del sistema o llevarlo a la cinta (9) de calidad o llevarlo a la cinta (10) de externos.In this way, when the box (1') reaches the end of the second return belt (4), the transport means (5) move to this point to collect it and proceed to remove it from the system or take it to the quality tape (9) or take it to the external tape (10).
Además de los recursos de maquinaria descritos anteriormente, el sistema de la invención comprende los medios necesarios (véase Figura 3) para ejecutar el procedimiento de la invención que se detallará más adelante. Entre estos medios destacan:In addition to the machinery resources described above, the system of the invention comprises the necessary means (see Figure 3) to execute the procedure of the invention that will be detailed later. These media include:
- Un servidor (11), que comprende una base de datos con la información contenida en los identificadores únicos (por ejemplo, códigos de barras) asignados a todos a los cajones (1’) que se utilizan en la fábrica, así como la identificación de todos los operarios y puestos de trabajo, todas las posibles tareas a ejecutar, etc. El servidor (11) puede estar implementado en un ordenador u otro dispositivo hardware dedicado, o bien puede estar desplegado en la nube. En la base de datos se almacena toda la información de la fábrica, incluyendo las tareas realizadas por los operarios, la temporalización, etc. De esta manera, con esta información se construye un modelo de inteligencia artificial (por ejemplo, una red neuronal, etc.) que representa a la fábrica en su totalidad, incluyendo las variables asociadas a los distintos operarios y a la maquinaria. Este modelo de IA se entrena con la información de la base de datos con el fin de enseñar al procedimiento de la invención a realizar una asignación de tareas eficiente, como se describirá después.- A server (11), which comprises a database with the information contained in the unique identifiers (for example, barcodes) assigned to all the drawers (1') used in the factory, as well as the identification of all the operators and jobs, all the possible tasks to be carried out, etc. The server (11) can be implemented on a computer or other dedicated hardware device, or it can be deployed in the cloud. All factory information is stored in the database, including the tasks performed by the operators, timing, etc. In this way, with this information an artificial intelligence model is built (for example, a neural network, etc.) that represents the factory in its entirety, including the variables associated with the different operators and the machinery. This AI model is trained with information from the database with in order to teach the method of the invention to perform efficient task allocation, as will be described later.
- Un ordenador (12) de control, microcontrolador o dispositivo electrónico análogo con capacidad para ejecutar instrucciones lógicas. Dicho ordenador (12) está conectado al servidor (11) y al resto de elementos hardware (incluyendo los medios (5) de transporte y las distintas cintas (3, 4, 8, 9, 10), los sensores de presencia de los puestos (2) de trabajo del operario, los gestores de tiempo de dichos puestos (2) de trabajo, etc.) de la fábrica mediante unos medios de comunicación, cableados o inalámbricos Este ordenador (12) puede ser manejado por un usuario (por ejemplo, el gerente de la fábrica) a través de una interfaz gráfica web que se muestra en la pantalla (13) de dicho ordenador (12) cuando se desea verificar el funcionamiento de la fábrica, revisar la asignación de tareas de cada operario o introducir algún dato adicional que deba tenerse en cuenta para reasignar las tareas. En lo referente a la interfaz gráfica web, se ejecuta en el ordenador (12) y que permite presentar los resultados y unos indicadores que facilitan el análisis de las órdenes de control que se envían. Por ejemplo, la interfaz permite agrupar y filtrar los datos y resultados. El ordenador (12) ejecuta el procedimiento de la invención para controlar el resto de maquinaria de la fábrica, así como para secuenciar las tareas para los operarios. Este procedimiento se ejecuta en el ordenador (12) y revisa periódicamente el estado de la fábrica completa y de la asignación de tareas a los operarios (en este caso, cada 40 segundos) para amoldarse a necesidades concretas de la fábrica.- A control computer (12), microcontroller or analog electronic device with the capacity to execute logical instructions. Said computer (12) is connected to the server (11) and to the rest of the hardware elements (including the transport means (5) and the different belts (3, 4, 8, 9, 10), the presence sensors of the stations (2) work of the operator, the time managers of said work stations (2), etc.) of the factory through means of communication, wired or wireless. This computer (12) can be managed by a user (for example , the factory manager) through a graphical web interface that is displayed on the screen (13) of said computer (12) when you want to verify the operation of the factory, review the assignment of tasks of each operator or enter some additional information that must be taken into account when reassigning tasks. Regarding the web graphical interface, it is executed on the computer (12) and allows the results and indicators to be presented that facilitate the analysis of the control orders that are sent. For example, the interface allows you to group and filter data and results. The computer (12) executes the procedure of the invention to control the rest of the factory machinery, as well as to sequence the tasks for the operators. This procedure is executed on the computer (12) and periodically reviews the status of the entire factory and the assignment of tasks to the operators (in this case, every 40 seconds) to adapt to the specific needs of the factory.
La provisión de un cajón (1’) o banasta al operario debe estar sincronizada con el resto de las tareas que efectúan tanto la maquinaria como los operarios de la fábrica, de manera que cuando el operario esté próximo a terminar la tarea, debe recibir dicho cajón (1’) o banasta para poder iniciar la siguiente tarea lo antes posible. Por ello, los recursos hardware (por ejemplo, los medios (5) de transporte) y los recursos humanos deben estar sincronizados entre sí, lo cual se lleva a cabo mediante el procedimiento de la invención, que se detallará más adelante.The provision of a drawer (1') or basket to the operator must be synchronized with the rest of the tasks carried out by both the machinery and the factory operators, so that when the operator is close to finishing the task, he must receive said drawer (1') or basket to be able to start the next task as soon as possible. Therefore, the hardware resources (for example, the means (5) of transport) and the human resources must be synchronized with each other, which is carried out by the procedure of the invention, which will be detailed later.
La Figura 4 corresponde a una vista tridimensional más detallada de otra realización del sistema, donde la primera cinta (3) de recepción está situada sobre la segunda cinta (4) de retorno. De esta manera, se produce un mejor aprovechamiento del espacio en la fábrica y es más cómodo para los operarios manipular los productos. Figure 4 corresponds to a more detailed three-dimensional view of another embodiment of the system, where the first receiving belt (3) is located on the second return belt (4). In this way, there is better use of space in the factory and it is more comfortable for operators to handle the products.
La Figura 5 muestra una vista isométrica de los medios (5) de transporte que emplea el sistema de la invención, que comprenden la pinza (7) telescópica. En concreto, se muestra cómo se sujeta un cajón (1’) en el raíl telescópico de dicha pinza (7) telescópica. Una vista lateral de la pinza (7) telescópica que se emplea en el sistema de la invención se muestra en la Figura 6.Figure 5 shows an isometric view of the transport means (5) used by the system of the invention, which comprise the telescopic clamp (7). Specifically, it is shown how a drawer (1') is held on the telescopic rail of said telescopic clamp (7). A side view of the telescopic clamp (7) used in the system of the invention is shown in Figure 6.
La Figura 7 muestra una vista isométrica de los medios (5) de transporte al completo, comprendiendo tanto el transelevador (6) como la pinza (7) telescópica extensible y unas uñas (14) por ambos lados, que le permite mantener una separación de seguridad respecto a las cintas y al área de almacenamiento. Los transelevadores (6) permiten desplazar cargas en altura y a lo largo de pasillos estrechos o entre filas de estanterías, de manera totalmente automática. Así, el transelevador (6) actúa como medio de transporte de material en la fábrica, incorporando tres grados de libertad en el desplazamiento, que corresponden a los ejes de traslación, elevación y eje de extracción (profundidad). Concretamente, el transelevador (6) se utiliza para almacenar material en alguna estantería o cajón del área de almacenamiento, o bien para distribuir a las distintas cintas automáticamente las banastas o cajones (1’) con el material.Figure 7 shows an isometric view of the complete transport means (5), comprising both the stacker crane (6) and the extendable telescopic clamp (7) and nails (14) on both sides, which allows it to maintain a separation of security regarding tapes and storage area. The stacker cranes (6) allow loads to be moved at height and along narrow aisles or between rows of racking, fully automatically. Thus, the stacker crane (6) acts as a means of transporting material in the factory, incorporating three degrees of freedom in the movement, which correspond to the translation, elevation and extraction axis (depth). Specifically, the stacker crane (6) is used to store material on a shelf or drawer in the storage area, or to automatically distribute the baskets or drawers (1') with the material to the different belts.
Además, como se observa en la Figura 7, el transelevador (6) que se emplea en el sistema de la invención está conectado a una pinza (7) telescópica. El mástil (15) del transelevador (6) está formado por perfiles de aluminio que le dan estabilidad durante el movimiento de cajones (1’) en los carriles (16) de desplazamiento. Estos perfiles están dispuestos en sentido horizontal (cierre cercha) y diagonal (travesaño cercha), dándole al mástil (15) una mayor resistencia a la flexión y torsión. El testero (17) base del mástil (15) está compuesto por piezas de acero mecanizado y perfectamente soldadas entre sí, resistentes a la flexión y torsión, donde se ancla una placa para el mástil (15). Finalmente, el transelevador (6) también comprende un cuadro (18) eléctrico donde se aloja el motor de traslación para accionarlo. El transelevador (6) alcanza una altura máxima de almacenaje de 40 m, con un peso máximo de los cajones (1’) con material de 16 kg, siendo capaz de alcanzar los 3 m/s en la dirección horizontal y 1.6 m/s en la dirección vertical durante el desplazamiento del material. El transelevador (6) admite diversos tamaños de cajones (1’), banastas o cestas, por ejemplo, 400 x 600 x 300 mm o 450 x 700 x 400 mm. La lectura del código de barras de los cajones (1’) se lleva a cabo con un lector de códigos de barras equipado en la propia pinza (7) telescópica. Furthermore, as seen in Figure 7, the stacker crane (6) used in the system of the invention is connected to a telescopic clamp (7). The mast (15) of the stacker crane (6) is formed by aluminum profiles that give it stability during the movement of drawers (1') on the movement rails (16). These profiles are arranged horizontally (truss closure) and diagonally (truss crossbar), giving the mast (15) greater resistance to bending and torsion. The head end (17) and base of the mast (15) is composed of machined steel pieces perfectly welded together, resistant to bending and torsion, where a plate for the mast (15) is anchored. Finally, the stacker crane (6) also includes an electrical panel (18) where the travel motor is housed to drive it. The stacker crane (6) reaches a maximum storage height of 40 m, with a maximum weight of the drawers (1') with material of 16 kg, being capable of reaching 3 m/s in the horizontal direction and 1.6 m/s in the vertical direction during the movement of the material. The stacker crane (6) accepts various sizes of drawers (1'), baskets or baskets, for example, 400 x 600 x 300 mm or 450 x 700 x 400 mm. Reading the barcode of the drawers (1') is carried out with a barcode reader equipped with the telescopic clamp (7) itself.
Como se ha indicado, el transelevador (6) del sistema de la invención realiza tres tipos de movimientos:As indicated, the stacker crane (6) of the system of the invention performs three types of movements:
- Longitudinal: A lo largo del carril (16) de desplazamiento por un único pasillo. - Vertical: movimiento de la pinza (7) telescópica a través de la altura de la estantería donde se encuentre el material.- Longitudinal: Along the travel lane (16) through a single corridor. - Vertical: movement of the telescopic clamp (7) through the height of the shelf where the material is located.
- T ransversal (extracción y/o entrega de material) mediante el uso de la pinza (7):- T ransversal (extraction and/or delivery of material) by using the clamp (7):
en dirección de profundidad, de manera bidireccional, tanto para efectuar las extracciones de material como para entregar material, tanto en las estanterías del área de almacenamiento o en las distintas cintas (3, 4, 8, 9, 10).in depth direction, bidirectionally, both to extract material and to deliver material, both to the shelves in the storage area or to the different belts (3, 4, 8, 9, 10).
Estos tres movimientos del transelevador (6) están controlados por el procedimiento de la invención (que se describirá después), ya que el transelevador (6) está conectado con el ordenador (12) donde se ejecuta dicho procedimiento.These three movements of the stacker crane (6) are controlled by the procedure of the invention (which will be described later), since the stacker crane (6) is connected to the computer (12) where said procedure is executed.
Una vez descrito el sistema de la invención, se procede a continuación a detallar el procedimiento de la invención, el cual está implementado con un modelo de inteligencia artificial (IA). Dicho procedimiento está adaptado para priorizar las tareas asignadas a cada operario en función de varios parámetros, como:Once the system of the invention has been described, we now proceed to detail the procedure of the invention, which is implemented with an artificial intelligence (AI) model. This procedure is adapted to prioritize the tasks assigned to each operator based on several parameters, such as:
- La destreza del operario (la cual se puede cuantificar, por ejemplo, mediante el número de piezas de calzado que fabrica o la velocidad con la que realiza un cierto tipo de tarea). Así, el procedimiento tiene en cuenta como entrada una matriz de polivalencia de los operarios. Esta matriz de polivalencia permite cuantificar la capacidad que tiene el operario de realizar diversas funciones y tareas de fabricación. Para ello, realiza un análisis de las diferentes habilidades de los empleados mediante una evaluación de su desempeño en la realización de cada tarea (según la velocidad, calidad del producto obtenido, etc.).- The skill of the operator (which can be quantified, for example, by the number of pieces of footwear he makes or the speed with which he performs a certain type of task). Thus, the procedure takes into account as input a matrix of versatility of the operators. This versatility matrix allows us to quantify the operator's ability to perform various manufacturing functions and tasks. To do this, it carries out an analysis of the different skills of the employees through an evaluation of their performance in carrying out each task (according to the speed, quality of the product obtained, etc.).
- Tareas concretas que requieran la fabricación de un tipo de calzado, ya que cada operario puede ser especialista en determinados tipos de tareas.- Specific tasks that require the manufacture of a type of footwear, since each operator can be a specialist in certain types of tasks.
- Necesidades de producción de la fábrica (cantidad de productos de calzado a fabricar, fecha de entrega a cliente de dichos productos, etc.).- Factory production needs (quantity of footwear products to be manufactured, delivery date of said products to the customer, etc.).
Por lo anterior, el procedimiento de la invención se ejecuta periódicamente en el ordenador (12), para ajustarse a los requerimientos de la fábrica en tiempo real.Therefore, the procedure of the invention is periodically executed on the computer (12), to adjust to the factory requirements in real time.
Asimismo, el procedimiento de la invención permite obtener estadísticas individualizadas de cada operario (pares de calzado fabricados, tiempo empleado para cada tipo de tarea, etc.) para realimentar un modelo de IA que representa la fábrica y todas las variables de esta. El procedimiento se ha programado en .net, utilizando el entorno de desarrollo integrado Microsoft Visual Studio y el lenguaje de programación C#.Likewise, the procedure of the invention allows obtaining individualized statistics for each operator (pairs of footwear manufactured, time spent for each type of task, etc.) to feed back an AI model that represents the factory and all its variables. The procedure has been programmed in .net, using the Microsoft Visual Studio integrated development environment and the C# programming language.
El procedimiento de la invención permite programar la producción de forma organizada, recibiendo como datos de entrada la información de las tareas de fabricación a realizar (cantidad de productos de calzado a fabricar, tipos de calzado a fabricar, fecha de entrega de dichos productos, prioridad de cada tarea) y de los recursos disponibles para realizar dichas tareas (tanto maquinaria como operarios). Como datos de salida, el procedimiento de la invención genera órdenes de fabricación y tareas, que dirige tanto a la maquinaria como a los operarios.The procedure of the invention allows production to be scheduled in an organized manner, receiving as input data the information on the manufacturing tasks to be carried out (quantity of footwear products to be manufactured, types of footwear to be manufactured, delivery date of said products, priority). of each task) and the resources available to carry out said tasks (both machinery and workers). As output data, the procedure of the invention generates manufacturing orders and tasks, which it directs to both the machinery and the operators.
El procedimiento de la invención comprende la realización de las siguientes etapas en el sistema de la invención que se ha descrito arriba:The method of the invention comprises carrying out the following steps in the system of the invention that has been described above:
- Ejecutar, en un ordenador (12), un modelo de IA para obtener una secuencia de tareas a realizar, una vez ha pasado por una fase de entrenamiento, para priorizar las tareas entre los distintos operarios (por ejemplo, en función del tiempo que se tarda en fabricar un par de calzado, se mide la velocidad de fabricación de cada par en cada puesto de operario). La salida de este modelo de IA es la secuencia con una o más tareas asignadas a cada uno de los puestos (2) de operario, así como órdenes de control a los medios (5) de transporte y cintas (3), (4), (8), (9), (10) tales como moverse a una cierta posición de la fábrica, recoger un cajón (1’) de uno de los espacios (1) de almacenamiento, etc. El modelo de IA trata de minimizar el tiempo ocioso de todos los puestos (2) de trabajo.- Execute, on a computer (12), an AI model to obtain a sequence of tasks to be performed, once it has gone through a training phase, to prioritize the tasks among the different operators (for example, based on the time they spend). takes to manufacture a pair of footwear, the manufacturing speed of each pair is measured at each operator station). The output of this AI model is the sequence with one or more tasks assigned to each of the operator positions (2), as well as control orders to the means (5) of transport and belts (3), (4). , (8), (9), (10) such as moving to a certain position in the factory, picking up a drawer (1') from one of the storage spaces (1), etc. The AI model tries to minimize the idle time of all jobs (2).
- Proveer una pluralidad de espacios (1) de almacenamiento que contienen cajones (1’) con material para la fabricación de calzado.- Provide a plurality of storage spaces (1) that contain drawers (1') with material for the manufacture of footwear.
- Enviar la asignación de tareas generada por el modelo de IA a cada operario de cada un puesto (2) de trabajo a través de los medios de visualización de dicho puesto (2). Dichas tareas comprenden una lista de pedidos de calzado a fabricar, donde cada tipo de calzado está asociado a unas tareas concretas para su fabricación (por ejemplo, cortado, montado, pegado, costura, aparado, etc.).- Send the task assignment generated by the AI model to each operator of each work position (2) through the visualization means of said position (2). These tasks include a list of orders for footwear to be manufactured, where each type of footwear is associated with specific tasks for its manufacture (for example, cutting, assembly, gluing, sewing, sewing, etc.).
- Enviar una o más órdenes de control, generadas por el modelo de IA, al transelevador (6) y a la pinza (7) telescópica, para extraer de los espacios (1) de almacenamiento uno o más cajones (1’) que contienen el material necesario para que el operario lleve a cabo la tarea asignada. Para dicha extracción, se lleva a cabo la lectura de los códigos de barras o medios de identificación únicos de los que constan dichos cajones (1’).- Send one or more control orders, generated by the AI model, to the stacker crane (6) and the telescopic gripper (7), to extract from the spaces (1) storage one or more drawers (1') that contain the material necessary for the operator to carry out the assigned task. For said extraction, the bar codes or unique identification means of which said drawers (1') consist are read.
- Enviar con el ordenador (12) una o más órdenes de control, generadas por el modelo de IA, al transelevador (6), a la pinza (7) telescópica y a las cintas (3, 4, 8, 9, 10) para regular su velocidad y dirección de desplazamiento.- Send with the computer (12) one or more control orders, generated by the AI model, to the stacker crane (6), to the telescopic gripper (7) and to the belts (3, 4, 8, 9, 10) to regulate its speed and direction of travel.
- Transportar uno o más cajones (1’) hasta el acceso a la primera cinta (3) de recepción de material más próximo al puesto (2) de operario que se encargará de utilizarlo.- Transport one or more crates (1') to access the first material reception belt (3) closest to the operator's position (2) who will be in charge of using it.
- Recibir uno o más cajones (1 ’) en la primera cinta (3) de recepción de material y activar el sensor de presencia del puesto (2) de trabajo para indicar que el operario está ocupado.- Receive one or more drawers (1') on the first material reception belt (3) and activate the presence sensor of the work station (2) to indicate that the operator is busy.
- Por parte del operario, realizar a cabo la tarea de aparado en el puesto (2) de trabajo. Durante la realización de dicha tarea, medir el tiempo transcurrido que tarda el operario en realizar la tarea (dicho tiempo va delimitado por el propio operario, que marca el inicio y fin de la tarea con un gestor de tiempo que hay en cada puesto). El resultado de esta tarea conlleva la obtención de un producto de calzado terminado.- On the part of the operator, carry out the task of securing the work station (2). During the performance of said task, measure the elapsed time that the operator takes to perform the task (this time is delimited by the operator himself, who marks the beginning and end of the task with a time manager in each position). The result of this task entails obtaining a finished footwear product.
- Depositar, en la segunda cinta (4) de retorno uno o más cajones (1’) con el producto de calzado terminado y desactivar el sensor de presencia, lo cual activa el funcionamiento de la segunda cinta (4) de retorno.- Place one or more drawers (1') with the finished footwear product on the second return belt (4) and deactivate the presence sensor, which activates the operation of the second return belt (4).
- Transportar en la segunda cinta (4) de retorno el cajón (1’). Cuando un cajón (1’) ha llegado al final de la segunda cinta (4) de retorno, el ordenador (12) envía una orden al transelevador (6) de recoger el cajón (1’) (banasta) y sacarlo del sistema o llevarlo a la cinta de calidad (9) o llevarlo a la cinta de externos (10).- Transport the box (1') on the second return belt (4). When a drawer (1') has reached the end of the second return belt (4), the computer (12) sends an order to the stacker crane (6) to pick up the drawer (1') (basket) and remove it from the system or take it to the quality tape (9) or take it to the external tape (10).
Para la secuenciación de tareas en el modelo de IA según el procedimiento de la invención, se pueden emplear dos tipos de algoritmos: los metaheurísticos y los constructivos.For the sequencing of tasks in the AI model according to the procedure of the invention, two types of algorithms can be used: metaheuristics and constructive algorithms.
Algoritmo metaheurísticoMetaheuristic algorithm
El algoritmo metaheurístico de secuenciación consta de dos fases principales:The metaheuristic sequencing algorithm consists of two main phases:
- Fase 1, que constituye la solución inicial. Para esta primera fase se implementó el ampliamente conocido NEH [véase la referencia: Nawaz et al., “A heuristic algorithm for the m-machine, n-job flow-shop sequencing problem”. Omega, 11(1), 91-95, (1983)]. La ventaja de este algoritmo frente a la mayoría de heurísticos es que se puede adaptar para resolver cualquier problema y solo hay que modificar la evaluación de los objetivos establecidos.- Phase 1, which constitutes the initial solution. For this first phase, the widely known NEH was implemented [see reference: Nawaz et al., “A heuristic algorithm for the m-machine, n-job flow-shop sequencing problem.” Omega, 11(1), 91-95, (1983)]. The advantage of this algorithm over most heuristics is that it can be adapted to solve any problem and you only have to modify the evaluation of the established objectives.
- Fase 2, que corresponde a una fase de mejora para la que se ha utilizado un algoritmo metaheurístico conocido como “Búsqueda descendente de entorno variable” [véase la referencia: Hansen et al. “Búsqueda de entorno variable”, Revista Iberoamericana de Inteligencia Artificial, (2003)]. El motivo de elegir este metaheurístico y no una búsqueda local tradicional es que permite al cambiar los entornos de búsqueda permite escapar de óptimos locales.- Phase 2, which corresponds to an improvement phase for which a metaheuristic algorithm known as “Variable environment top-down search” has been used [see reference: Hansen et al. “Variable environment search”, Ibero-American Journal of Artificial Intelligence, (2003)]. The reason for choosing this metaheuristic and not a traditional local search is that it allows changing the search environments to escape local optima.
Habitualmente, para la realización de esta fase 2, se plantean dos entornos: entorno 1 (asignación de una tarea a un operario) y entorno 2 (posición de la tarea en la lista de tareas pendientes de cada operario). El entorno 1 es el que produce mayores cambios en la solución. Una vez la solución dejara de mejorar con los cambios producidos en el Entorno 1 se pasaba al Entorno 2. Iterativamente se iba pasando de un entorno a otro, hasta que se alcance un criterio de parada cuando al pasar por los dos entornos no se mejore la solución obtenida o se supere un tiempo máximo establecido.Usually, to carry out this phase 2, two environments are proposed: environment 1 (assignment of a task to an operator) and environment 2 (position of the task in the list of pending tasks of each operator). Environment 1 is the one that produces the greatest changes in the solution. Once the solution stopped improving with the changes produced in Environment 1, it was moved to Environment 2. It was passed iteratively from one environment to another, until a stopping criterion was reached when passing through the two environments did not improve the solution. solution obtained or an established maximum time is exceeded.
No obstante, en el procedimiento de la invención se emplea una estrategia alternativa, basada en optimizar los tiempos de espera de los operarios, en lugar orientar la secuenciación a la maquinaria de la fábrica. En este aspecto, es conveniente utilizar una alternativa al algoritmo metaheurístico: un algoritmo constructivo.However, in the procedure of the invention an alternative strategy is used, based on optimizing the waiting times of the operators, instead of directing the sequencing to the factory machinery. In this aspect, it is convenient to use an alternative to the metaheuristic algorithm: a constructive algorithm.
Algoritmo constructivoConstructive algorithm
El cambio de paradigma de secuenciación de tareas orientada a operarios en lugar de a la maquinaria de la fábrica supuso diseñar un algoritmo constructivo para introducir variables ligadas a la productividad y destreza de dichos operarios, almacenándose dichas variables en la base de datos del servidor (11) del sistema de la invención. Este algoritmo es más ventajoso que el anterior, en cuanto permite un mejor aprovechamiento de los recursos humanos.The change in the paradigm of task sequencing oriented to operators instead of to the factory machinery meant designing a constructive algorithm to introduce variables linked to the productivity and skill of said operators, storing these variables in the server database (11 ) of the system of the invention. This algorithm is more advantageous than the previous one, in that it allows better use of human resources.
Para realizar una adecuada gestión de tareas en el entorno de trabajo (en este caso, una planta de fabricación de calzado), hay que tener en cuenta las características propias de la fábrica, de los operarios que trabajan en ella y de las tareas que se quieren realizar (número de empleados, horario laboral, calendario de cada trabajador, encargos que se han recibido en la fábrica, fecha de entrega de dichos encargos, etc.). A continuación, se describirán los datos de entrada, que se consideran como las variables del problema multiobjetivo que hemos tenido en cuenta en el proceso del diseño del algoritmo en que se basa la realización preferente del procedimiento de la invención:To carry out adequate task management in the work environment (in this case, a footwear manufacturing plant), the characteristics must be taken into account. specific to the factory, the workers who work in it and the tasks to be carried out (number of employees, working hours, calendar of each worker, orders that have been received in the factory, delivery date of said orders, etc. .). Next, the input data will be described, which are considered as the variables of the multi-objective problem that we have taken into account in the process of designing the algorithm on which the preferred embodiment of the procedure of the invention is based:
1. Trabajos: Son todos los trabajos, en general, que se pueden hacer en alguna tarea.1. Jobs: These are all jobs, in general, that can be done in some task.
2. Operarios: Tenemos que saber los operarios que hay en el entorno de trabajo, si están activos, qué trabajos pueden realizar, a qué velocidad y cuándo los podrán realizar. Para conocer toda esta información tendremos que crear nuevas variables que los relacionen con los trabajos y los calendarios (se definirán un poco más adelante).2. Operators: We have to know the operators in the work environment, if they are active, what jobs they can do, at what speed and when they can do them. To know all this information we will have to create new variables that relate them to jobs and calendars (they will be defined a little later).
3. Polivalencias: Para saber qué trabajos puede realizar cada operario y a qué velocidad lo hará.3. Versatility: To know what jobs each operator can do and at what speed they will do it.
4. Calendario laborable. El algoritmo debe recibir como entrada la lista de los días que se trabaja y los distintos turnos de trabajo que existen. Se definirán tantos calendarios como sean necesarios para que a cada operario se le pueda asignar un calendario que indique cuándo trabajará. En este calendario se irán añadiendo también las fechas de entrega de las distintas tareas que sean asignadas a cada operario.4. Working calendar. The algorithm must receive as input the list of days worked and the different work shifts that exist. As many calendars as necessary will be defined so that each operator can be assigned a calendar that indicates when they will work. The delivery dates of the different tasks assigned to each operator will also be added to this calendar.
Llegados a este punto, con las variables 1-4 definidas hasta el momento, sabemos los recursos que tenemos disponibles para que los operarios realicen el trabajo, cuándo estarán disponibles, lo que pueden hacer y lo rápido que lo harán. Sin embargo, nos falta saber qué es lo que tienen que hacer: es lo que determina la siguiente variable.At this point, with variables 1-4 defined so far, we know the resources we have available for the operators to do the job, when they will be available, what they can do and how quickly they will do it. However, we need to know what they have to do: it is what determines the next variable.
5. Tareas (u órdenes de fabricación). En las órdenes de fabricación está toda la información sobre lo que hay que realizar, por ejemplo, qué cantidad realizar de cada modelo de calzado, las tareas necesarias para hacer un modelo de calzado, cuándo estará disponible para empezar la ejecución de la tarea y cuando deberá estar terminada.5. Tasks (or manufacturing orders). In the manufacturing orders there is all the information about what has to be done, for example, how much quantity to make of each shoe model, the tasks necessary to make a shoe model, when it will be available to start the execution of the task and when. must be finished.
No todas las tareas pueden ser ejecutadas por todos los operarios ni con la misma eficiencia. Así, cada operario tendrá competencias para llevar a cabo unos trabajos determinados y la velocidad variará entre operarios. Además, habrá una penalización, el tiempo de cambio, por pasar de una tarea a otra (por ejemplo, al pasar de la realización de un modelo de calzado a otro modelo). Toda esta información también es introducida como variables de entrada en el algoritmo del procedimiento de la invención.Not all tasks can be executed by all operators or with the same efficiency. Thus, each operator will have the skills to carry out certain jobs. determined and the speed will vary between operators. Additionally, there will be a penalty, changeover time, for moving from one task to another (for example, when moving from making one shoe model to another model). All this information is also introduced as input variables in the algorithm of the procedure of the invention.
Una tarea de fabricación solo podrá empezar en un puesto (2) de trabajo cuando haya terminado su predecesora, esto es, no habría idealmente solapamiento entre trabajos. Las relaciones de precedencia vendrán indicadas en cada orden de fabricación (pudiendo variar de una orden a otra el orden de los mismos trabajos). En la optimización se programarán las órdenes respetando dicha secuencia.A manufacturing task can only start in a job (2) when its predecessor has finished, that is, ideally there would be no overlap between jobs. The precedence relationships will be indicated in each manufacturing order (the order of the same works may vary from one order to another). In optimization the orders will be programmed respecting this sequence.
En este enfoque, y para una mejor optimización de los tiempos de espera, respetando las prioridades establecidas en la lista de tareas de cada operario, se lleva a cabo un algoritmo constructivo que comprende la realización de los siguientes pasos:In this approach, and for a better optimization of waiting times, respecting the priorities established in the task list of each operator, a constructive algorithm is carried out that includes the following steps:
- Paso 1. Teniendo en cuenta las tareas que tiene asignadas cada puesto (2) de trabajo, se calcula la fecha y hora en la que estarán terminadas.- Step 1. Taking into account the tasks assigned to each job position (2), the date and time in which they will be completed is calculated.
- Paso 2: Se ordenan las tareas de fabricación colocando primero las más prioritarias y después las que potencialmente tienen más probabilidad de retrasarse. El orden de prioridad se puede establecer entrenando el modelo de IA con datos históricos anteriores de tareas realizadas en la empresa, como se explicará más adelante. Esos datos de entrada comprenden información de la destreza del operario, tales como velocidad de realización de cada tarea. Esa información se preprocesa (eliminando valores anómalos, promediando) y se tiene en cuenta en el entrenamiento de un modelo de inteligencia artificial, de modo que el sistema va aprendiendo de la información que recibe. El módulo de inteligencia artificial (ya sea mediante aprendizaje supervisado o no supervisado, basado en clusters, redes neuronales, k-means, árboles de decisión basados en umbrales para las distintas variables de operación, etc.) está configurado para el aprendizaje de la destreza (velocidad, etc.) de cada operario en la realización de cada tarea.- Step 2: Manufacturing tasks are ordered by placing the highest priority first and then those that are potentially most likely to be delayed. The order of priority can be established by training the AI model with previous historical data of tasks performed in the company, as will be explained later. These input data include information on the operator's skill, such as speed of completion of each task. This information is preprocessed (eliminating anomalous values, averaging) and is taken into account in the training of an artificial intelligence model, so that the system learns from the information it receives. The artificial intelligence module (whether through supervised or unsupervised learning, based on clusters, neural networks, k-means, decision trees based on thresholds for the different operating variables, etc.) is configured for skill learning (speed, etc.) of each operator in carrying out each task.
- Paso 3: Se empieza con el operario que estará disponible antes y se busca asignarle una tarea siguiendo el orden de prioridad obtenido en el paso 2. Siguiendo ese orden se le asignará la primera tarea que pueda hacer el operario y cuyo tiempo ocioso potencial sea menor de “n” minutos (en este caso hemos fijado 15 minutos, pero este umbral se puede regular).- Step 3: We start with the operator who will be available first and seek to assign him a task following the order of priority obtained in step 2. Following that order, the first task that the operator can do will be assigned. and whose potential idle time is less than “n” minutes (in this case we have set 15 minutes, but this threshold can be adjusted).
- Paso 4: Se realiza alternativamente uno de los siguientes:- Step 4: One of the following is performed alternatively:
a) Si se le ha podido asignar al operario una tarea que cumpliera esas condiciones y quedan tareas por secuenciar y asignar a los puestos (2) de trabajo, volvemos al Paso 1.a) If the operator has been able to be assigned a task that meets these conditions and there are tasks left to sequence and assign to job positions (2), we return to Step 1.
b) Si se ha asignado la tarea al puesto (2) de trabajo de un operario y no quedan más operaciones disponibles hemos terminado.b) If the task has been assigned to the job position (2) of an operator and there are no more operations available, we are finished.
c) Si no se ha podido asignar ninguna tarea, relajamos la restricción del tiempo ocioso (ampliamos el margen de tiempo ocioso que se admite) y le asignamos la operación con la que tendrá menor tiempo ocioso. Si quedan operaciones por asignar volvemos al Paso 1 y si ya están todas asignadas se da por finalizado el algoritmo, y se envía la asignación de tareas a los distintos recursos (operarios y/o maquinaria) de la fábrica.c) If it has not been possible to assign any task, we relax the idle time restriction (we expand the margin of idle time that is allowed) and we assign the operation with which it will have the least idle time. If there are still operations to be assigned, we return to Step 1 and if they are all already assigned, the algorithm is terminated, and the assignment of tasks is sent to the different resources (operators and/or machinery) of the factory.
De esta manera, en el algoritmo constructivo aplicamos una optimización lexicográfica, que básicamente consiste en establecer un orden entre los objetivos y seguir ese orden para resolverlos como problemas de optimización mono-objetivo. El óptimo de un primer objetivo pasará a ser una restricción para el siguiente y así sucesivamente. Como solución del problema (la salida que proporciona el algoritmo) tenemos una asignación de tareas a los operarios y órdenes de control a los distintos recursos de maquinaria; así como una posible reconfiguración de la temporización en el sistema (por ejemplo, modificar la periodicidad con la que se envían tareas a cada operario).In this way, in the constructive algorithm we apply a lexicographic optimization, which basically consists of establishing an order between the objectives and following that order to solve them as single-objective optimization problems. The optimum of a first objective will become a constraint for the next and so on. As a solution to the problem (the output provided by the algorithm) we have an assignment of tasks to the operators and control orders to the different machinery resources; as well as a possible reconfiguration of the timing in the system (for example, modifying the frequency with which tasks are sent to each operator).
El algoritmo constructivo anterior se ha diseñado teniendo en cuenta el siguiente orden de prioridad para los objetivos, priorizados en el mismo orden en el que se detallan:The previous construction algorithm has been designed taking into account the following order of priority for the objectives, prioritized in the same order in which they are detailed:
Objetivo 1: Realizar las órdenes más prioritarias lo antes posibleObjective 1: Place the highest priority orders as soon as possible
Para dar más flexibilidad al sistema de la invención, se permite dar distinta prioridad a las tareas. Esto permite que si una tarea, por un motivo ajeno a los establecidos para la optimización, se quiere hacer antes que el resto o se quiere dejar para el final se podrá hacer simplemente cambiándole su prioridad (esta opción se puede llevar a cabo a través de la interfaz del usuario). To give more flexibility to the system of the invention, it is allowed to give different priorities to the tasks. This allows if a task, for a reason unrelated to those established for optimization, is wanted to be done before the rest or left for last, it can be done simply by changing its priority (this option can be carried out through the user interface).
e vo : nmzar e reraso rene a a ec a e enrega e as areasand vo: nmzar and reraso rene a a e a e a e delivery e as areas
Las tareas tienen que finalizar y los productos de calzado estar terminados en momento determinado, su fecha de entrega. Este objetivo consiste en minimizar el tiempo que se retrasa la finalización de la tarea respecto a la fecha de entrega.The tasks have to be completed and the footwear products must be finished at a certain time, their delivery date. This objective consists of minimizing the time that the completion of the task is delayed with respect to the delivery date.
Objetivo 3: Minimizar el tiempo de espera entre tareas y que los operarios se queden ociosos.Objective 3: Minimize waiting time between tasks and workers remaining idle.
Se define el tiempo ocioso como el tiempo que transcurre desde que un operario finaliza una operación hasta que empieza la siguiente. Para la optimización de la secuencia de tareas obtenida con el algoritmo del procedimiento de la invención, lo que calculamos es el tiempo que potencialmente estará ocioso el operario debido a la asignación de tareas realizada. Supongamos que asignamos una tarea X a un operario Y en la posición “n” de su lista de tareas. Como se le asigna en la posición n, el operario Y estará disponible para realizarla cuando finalice la que tenía asignada en la posición n-1. Esto nos da la fecha de disponibilidad del operario. Por otro lado, como una tarea no puede empezar antes que finalice su predecesora, al asignar la tarea X ya hemos calculado la fecha en la que terminará su predecesora. Esto nos da la fecha de disponibilidad de la próxima tarea a realizar.Idle time is defined as the time that elapses from when an operator finishes one operation until the next begins. For the optimization of the sequence of tasks obtained with the algorithm of the procedure of the invention, what we calculate is the time that the operator will potentially be idle due to the task assignment carried out. Suppose we assign a task X to an operator Y in position “n” of his task list. As he is assigned to position n, operator Y will be available to carry out the job when the job assigned to him in position n-1 is completed. This gives us the operator's availability date. On the other hand, since a task cannot start before its predecessor finishes, when assigning task X we have already calculated the date on which its predecessor will finish. This gives us the availability date of the next task to be performed.
El tiempo ocioso potencial será la diferencia entre la fecha de disponibilidad del operario y la fecha de disponibilidad de la próxima tarea. Por tanto, que la diferencia sea positiva implica que el operario se quedará parado porque termina antes de que lo haga la tarea predecesora. Y, al contrario, si la diferencia es negativa, el operario tendrá disponible la siguiente tarea a realizar antes de terminar la que está desempeñando actualmente y por tanto no tendrá que detenerse. Teniendo esto en cuenta, lo evidente sería buscar que el tiempo ocioso sea 0. Sin embargo, se ha comprobado empíricamente en la implementación de la invención que es mejor dejar algo de holgura (diferencia negativa) para evitar las paradas de los operarios. Esto es, asignar otra operación al operario cuando el procedimiento estime que le faltan “n” minutos para finalizar la que tiene en curso. Esto equivale a una secuenciación de tareas con tiempo ocioso negativo y lo que se consigue es que antes de finalizar ya tenga otra operación en reserva y así el reparto de banastas sea más sencillo. Inicialmente se ha establecido esa holgura de tiempo en n= 20 minutos, pero este valor se va ajustando con el aprendizaje basado en la IA. The potential idle time will be the difference between the operator's availability date and the availability date of the next task. Therefore, the fact that the difference is positive implies that the operator will remain stopped because he finishes before the predecessor task does. And, on the contrary, if the difference is negative, the operator will have the next task available to perform before finishing the one he is currently performing and therefore will not have to stop. Taking this into account, the obvious thing would be to look for the idle time to be 0. However, it has been empirically proven in the implementation of the invention that it is better to leave some slack (negative difference) to avoid stops for the operators. That is, assign another operation to the operator when the procedure estimates that there are “n” minutes left to complete the one in progress. This is equivalent to a sequencing of tasks with negative idle time and what is achieved is that before finishing you already have another operation in reserve and thus the distribution of baskets is easier. Initially, this time slack has been established at n= 20 minutes, but this value is adjusted with AI-based learning.
Cabe destacar que la priorización queda sujeta a que los operarios no se queden ociosos, por tanto, es posible que una tarea de menor prioridad se realice antes que una de mayor prioridad si esto evita que un puesto (2) de trabajo se quede ocioso.It should be noted that prioritization is subject to the operators not being left idle, therefore, it is possible that a lower priority task is carried out before a higher priority one if this prevents a job (2) from being idle.
La asignación de tareas se decide con el procedimiento de la invención, que se encarga de la secuenciación de tareas basado en un modelo de IA, que se entrena y actualiza constantemente con los datos que recibe en tiempo real, así que va aprendiendo los patrones de destreza de cada operario, así como los problemas de sincronización potenciales que surgen entre la maquinaria (los medios (5) de transporte, las cintas (3), (4), (8), (9), (10), la disponibilidad de material de cajones (1’), y la disponibilidad de puestos (2) de trabajo de operarios para atender a las tareas.The assignment of tasks is decided with the procedure of the invention, which is responsible for the sequencing of tasks based on an AI model, which is constantly trained and updated with the data it receives in real time, so it learns the patterns of skill of each operator, as well as the potential synchronization problems that arise between the machinery (the means (5) of transport, the belts (3), (4), (8), (9), (10), the availability of drawer material (1'), and the availability of work stations (2) for operators to attend to the tasks.
Criterios para la asignación de prioridades de las distintas tareas de los recursos hardware y humanos en la fábrica:Criteria for assigning priorities to the different tasks of hardware and human resources in the factory:
El procedimiento y sistema de la invención han sido dotados de unas prioridades que permiten un funcionamiento eficiente en la producción, es por ello por lo que cuando se inicia la puesta en marcha del procedimiento de la invención se siguen las siguientes prioridades (se listan a continuación en orden decreciente de prioridad en el procedimiento) en cada uno de los ciclos del procedimiento (el procedimiento entero se repite una pluralidad de ciclos):The procedure and system of the invention have been provided with priorities that allow efficient operation in production, which is why when the implementation of the procedure of the invention begins, the following priorities are followed (listed below in descending order of priority in the procedure) in each of the cycles of the procedure (the entire procedure is repeated a plurality of cycles):
- Prioridad 1: entrega de cajones (1’) desde los puestos (2) de trabajo. Al iniciar el sistema de la invención o cuando un cajón (1’) ha llegado al final de la cinta (4) de retorno, el sistema de gestión envía la orden al transelevador (6) de recoger el cajón (1’) (banasta). Si existen varios cajones (1’) en la cinta (4) de retorno, tienen prioridad los cajones (1’) de la cinta (10) de externo sobre los grupos de cintas A, B, C y D de aparados (véase Figura 3), para evitar que se sature el sistema por exceder la capacidad de cajones (1 ’) máxima tolerada. El transelevador (6) opera como sigue: primero se traslada y se centra frente a la salida o final de la cinta (4) de retorno, baja la pinza (7) telescópica, extiende dicha pinza (7) telescópica extensible y con la uña (14) sujeta el cajón (1’) que corresponda. Luego, se recoge la pinza (7) extensible, se lee el código de barras donde se codifica el destino de dicho cajón (1’) y se desplaza hacia dicho destino. Si no puede leer el código de barras, el cajón (1) es sacado por la salida de la cinta (10) de externos. Una vez finalizado este ciclo, vuelve a consultar las salidas de cajones (1’) en la cinta (4) de retorno: si tiene algún cajón (1’) pendiente, se realiza nuevamente el paso 1 completo. En caso contrario, el procedimiento pasa a la prioridad 2.- Priority 1: delivery of drawers (1') from the work stations (2). When starting the system of the invention or when a box (1') has reached the end of the return belt (4), the management system sends the order to the stacker crane (6) to pick up the box (1') (basket ). If there are several drawers (1') on the return belt (4), the drawers (1') of the external belt (10) have priority over groups of belts A, B, C and D of appliances (see Figure 3), to prevent the system from being saturated due to exceeding the maximum tolerated drawer capacity (1'). The stacker crane (6) operates as follows: first it moves and centers itself in front of the exit or end of the return belt (4), lowers the telescopic clamp (7), extends said extendable telescopic clamp (7) and with the claw (14) holds the corresponding drawer (1'). Then, the extendable clamp (7) is picked up, the barcode where the destination of said drawer (1') is read and it moves towards said destination. If you cannot read the barcode, the drawer (1) is taken out by the external tape exit (10). Once this cycle is finished, check the drawer exits (1') on the return belt (4): if there are any pending drawer (1'), complete step 1 is carried out again. Otherwise, the procedure goes to priority 2.
- Prioridad 2: salida de productos por la cinta (10) de externos. Cuando el transelevador (6) recibe una orden de control, enviada por el ordenador (12), de extraer un cajón por la cinta (10) de externos o por la cinta (9) de calidad, se desplaza hasta la posición de la estantería donde se encuentra la banasta, se eleva hasta la posición correspondiente. En caso contrario el procedimiento pasa a la prioridad 3.- Priority 2: output of products through the external belt (10). When the stacker crane (6) receives a control order, sent by the computer (12), to extract a drawer via the external belt (10) or the quality belt (9), it moves to the shelf position. where the basket is located, it is raised to the corresponding position. Otherwise the procedure goes to priority 3.
- Prioridad 3: atender las peticiones de cajones (1’) emitidas desde los puestos de trabajo de operarios. En la realización particular de las Figuras 3-4, existen cuatro grupos A, B, C y D de cintas (3), (4) a doble altura siendo la cinta inferior la segunda cinta (4) de retorno (la de entrega de producto ya procesado por el operario) y la superior la primera cinta (3) de entrada de material. A través de estas cintas (3), (4) se entregan / recogen los trabajos de los operarios, de modo que cuando se solicita cajón (1’) o banasta en alguna de ellas, se envía la solicitud al sistema como un aviso al ordenador (12) para que el transelevador (6), recoja un cajón (1 ’) de una estantería del área de almacenamiento y la lleve a la cinta solicitada. Si no existe ninguna petición, se pasa la prioridad 4.- Priority 3: respond to requests for drawers (1') issued from the operator workstations. In the particular embodiment of Figures 3-4, there are four groups A, B, C and D of belts (3), (4) at double height, the lower belt being the second return belt (4) (the one for delivery of product already processed by the operator) and the upper one the first material input belt (3). Through these tapes (3), (4) the work of the operators is delivered/collected, so that when a drawer (1') or basket is requested in any of them, the request is sent to the system as a notice to the computer (12) so that the stacker crane (6) picks up a drawer (1') from a shelf in the storage area and takes it to the requested belt. If there is no request, priority 4 is passed.
- Prioridad 4. Cajones (1’) o banastas sin destino. Cuando el transelevador coge una banasta - por ejemplo, de la cinta (8) general de entrada de material - y al leer el código de barras verifica no tiene asignado un destino, la deja nuevamente en el área de almacenamiento y envía un mensaje al ordenador (12) para que actualice la base de datos del servidor (11) con el código de barras del cajón (1’’) que se encuentra sin destino, a la espera de que se le asigne. Cuando el procedimiento llega a este punto consulta la base de datos: si, de acuerdo a la información contenida en dicha base de datos, se le ha asignado destino a la banasta, el transelevador (6) la coge y la lleva a la cinta asignada; en caso contrario se inicia un nuevo ciclo.- Priority 4. Drawers (1') or baskets without destination. When the stacker crane picks up a basket - for example, from the general material input belt (8) - and upon reading the barcode verifies that it has not been assigned a destination, it leaves it back in the storage area and sends a message to the computer. (12) to update the server database (11) with the barcode of the drawer (1'') that is without a destination, waiting to be assigned. When the procedure reaches this point, it consults the database: if, according to the information contained in said database, the basket has been assigned a destination, the stacker crane (6) picks it up and takes it to the assigned belt. ; Otherwise a new cycle begins.
A través de la interfaz gráfica se puede informar a un usuario encargado del control de la fábrica de cualquier eventualidad o problema que surja durante el funcionamiento de dicho sistema. En tal caso, se producirá una alarma junto con una indicación del problema ocurrido. Algunas de las alarmas que pueden generarse son las siguientes: - Cajón sin recoger a la salida de cinta (9) de calidad o en la cinta (10) de externos: Estas cintas (9), (10) cuentan con un buffer de tres banastas a la salida. En caso de no retirar ninguna banasta, el transelevador (6) no podrá sacar ninguna banasta más por estas salidas del sistema.Through the graphical interface, a user in charge of factory control can be informed of any eventuality or problem that arises during the operation of said system. In this case, an alarm will occur along with an indication of the problem that has occurred. Some of the alarms that may be generated are the following: - Uncollected drawer at the exit of quality tape (9) or on the external tape (10): These tapes (9), (10) have a buffer of three baskets at the exit. If no basket is removed, the stacker crane (6) will not be able to remove any more baskets through these system outlets.
- Lectura fallida de código de barra. Si al coger una banasta es imposible leer el código de barras, la banasta será enviada a la salida del sistema a través de la cinta (10) de externos.- Failed barcode reading. If when picking up a basket it is impossible to read the barcode, the basket will be sent to the system output through the external belt (10).
- Si al coger una banasta y leer el código de barras esta no tiene asignado destino, la deja en la estantería y se envía un aviso (alarma) al usuario encargado del control de la fábrica para indicar lo ocurrido. El destino de la banasta o cajón (1’) puede consultarse en la base de datos del servidor (11) del sistema, la cual contiene toda la información acerca del origen y destino de los cajones (1 ’). La alarma se puede verificar a través de la interfaz gráfica que se ejecuta en el ordenador (12).- If when picking up a basket and reading the barcode it does not have a destination assigned, it is left on the shelf and a notice (alarm) is sent to the user in charge of factory control to indicate what happened. The destination of the basket or drawer (1') can be consulted in the system's server database (11), which contains all the information about the origin and destination of the drawers (1'). The alarm can be verified through the graphical interface that runs on the computer (12).
Cabe destacar que el usuario que se encarga de la gestión y control de la fábrica dispone de la posibilidad de visualizar, en tiempo real y desde la pantalla (13) del ordenador (12), todo tipo de información respecto al sistema de la invención. Por ejemplo, se puede ver el estado de toda la maquinaria de la fábrica (cintas, transelevador, etc.), el material de los cajones (1’) de los espacios (1) de alojamiento, revisar si se han producido alarmas o errores durante el funcionamiento ordinario (por ejemplo, no se ha podido identificar algún cajón con material de la zona de almacenamiento, o si hay un operador ocioso demasiado tiempo debido a una mala sincronización del resto de recursos de la fábrica), habilitar o deshabilitar puestos (2) de trabajo de operario o maquinaria, etc. En la interfaz gráfica también se observa una representación de la fábrica, donde se muestran las diversas zonas de la fábrica (cajones (1’) del área de almacenamiento, transelevador (6), cintas (3), (4), (8), (9), (10), puestos (2) de operario, etc.) en distintos colores en función de si el funcionamiento es adecuado (en verde), si se encuentra detenido el funcionamiento (en gris) o si el equipo sufre un problema (en rojo). Además, desde la interfaz se puede acceder a una base de datos, que va almacenando un histórico de todos los datos del sistema (fallos, velocidad de los operarios, fechas de entrada y entrega de los distintos pedidos, retrasos, etc.), los cuales se utilizan posteriormente para el aprendizaje basado en un modelo de IA y para refinar los ajustes del sistema. Asimismo, es posible ajustar de forma manual algunas opciones de los recursos hardware de la fábrica; por ejemplo, se puede modificar la velocidad del transelevador (6) en función de los requerimientos en tiempo real de la fábrica. It should be noted that the user who is in charge of the management and control of the factory has the possibility of viewing, in real time and from the screen (13) of the computer (12), all types of information regarding the system of the invention. For example, you can see the status of all the factory machinery (belts, stacker crane, etc.), the material of the drawers (1') of the accommodation spaces (1), check if alarms or errors have occurred. during ordinary operation (for example, a drawer with material in the storage area could not be identified, or if an operator is idle for too long due to poor synchronization of the rest of the factory resources), enable or disable positions ( 2) work of an operator or machinery, etc. In the graphic interface you can also see a representation of the factory, where the various areas of the factory are shown (drawers (1') of the storage area, stacker crane (6), belts (3), (4), (8) , (9), (10), operator stations (2), etc.) in different colors depending on whether the operation is adequate (in green), if the operation is stopped (in gray) or if the equipment suffers a problem (in red). In addition, from the interface you can access a database, which stores a history of all the system data (faults, speed of the operators, entry and delivery dates of the different orders, delays, etc.), the which are subsequently used for learning based on an AI model and to refine system settings. Likewise, it is possible to manually adjust some options of the factory hardware resources; by For example, the speed of the stacker crane (6) can be modified depending on the real-time requirements of the factory.
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