ES2939723B2 - Sistema y procedimiento de gestion de tareas y generacion de alarmas en cadenas de fabricacion de calzado - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA Y PROCEDIMIENTO DE GESTIÓN DE TAREAS Y GENERACIÓN DE ALARMAS EN CADENAS DE FABRICACIÓN DE CALZADO

CAMPO DE LA INVENCIÓN

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.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

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.

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.

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.

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.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN

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.

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:

-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;

- 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;

- 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;

- 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;

- un servidor, que comprende una base de datos con los identificadores únicos de los cajones, e información de todos los operarios, puestos de trabajo;

- 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.

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).

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.

En realizaciones preferentes del sistema de la invención, donde los identificadores únicos de los cajones son códigos de barras o códigos QR.

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.

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:

- 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;

- 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;

- almacenar los datos actuales de funcionamiento de la fábrica en la base de datos del servidor;

- 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;

- proveer una pluralidad de espacios de almacenamiento que contienen cajones con material para la fabricación de calzado;

- 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;

- 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;

- 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;

- transportar el cajón al acceso a la primera cinta de recepción de material más próxima al puesto de operario que se encargará de utilizarlo;

- 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;

- 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;

- 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;

- transportar el cajón hasta el final de la segunda cinta de retorno; y

- 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.

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.

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.

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:

-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;

- cuando la base de datos del servidor no comprende información del puesto de trabajo de operario donde será procesado uno de los cajones;

- 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.

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.

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.

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):

a) envío de órdenes de control a los medios de transporte para entregar cajones a los puestos de trabajo;

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;

c) desplazar las cintas (regulando su sentido de desplazamiento y velocidad) para entregar o recoger cajones de los puestos de trabajo;

d) sacar del sistema cajones cuyo puesto de trabajo de destino no ha sido leído correctamente.

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.

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.

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.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

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.

La Figura 1 muestra un esquema del sistema según la presente invención, cuando está desplegado en una fábrica.

La Figura 2 muestra una vista isométrica del sistema según la presente invención.

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.

La Figura 4 corresponde a una vista detallada de los puestos de trabajo de los operarios en el sistema según la presente invención.

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.

La Figura 6 muestra una vista lateral de la misma pinza telescópica de la Figura 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.

Las citadas Figuras 1-7 se acompañan de una serie de referencias numéricas, correspondientes a los siguientes elementos:

(1) Espacios de almacenamiento.

(1’) Cajones con material para la fabricación de zapatos.

(2) Puestos de trabajo de los operarios.

(3) Primera cinta transportadora de recepción de material.

(4) Segunda cinta transportadora de retorno.

(5) Medios de transporte de material.

(6) Transelevador.

(7) Pinza telescópica.

(8) Cinta general de entrada de material.

(9) Cinta de calidad.

(10) Cinta de externos.

(11) Servidor.

(12) Ordenador.

(13) Pantalla del ordenador.

(14) Uñas de la pinza telescópica.

(15) Mástil.

(16) Carril de desplazamiento.

(17) Testero.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

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.).

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).

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.

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.

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.

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:

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.

B) Un espacio (3’) local de alojamiento (cajón, banasta o similar), próximo a la primera (3) cinta transportadora de recepción de productos.

C) Un acceso a la segunda cinta (4) de retorno, en la que se coloca el producto terminado por el operario.

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.

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.

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) -.

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).

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.

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.

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:

- 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.

- 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.

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.

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.

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.

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.

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.

Como se ha indicado, el transelevador (6) del sistema de la invención realiza tres tipos de movimientos:

- 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.

- T ransversal (extracción y/o entrega de material) mediante el uso de la pinza (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).

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.

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:

- 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.).

- Tareas concretas que requieran la fabricación de un tipo de calzado, ya que cada operario puede ser especialista en determinados tipos de tareas.

- Necesidades de producción de la fábrica (cantidad de productos de calzado a fabricar, fecha de entrega a cliente de dichos productos, 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.

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#.

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.

El procedimiento de la invención comprende la realización de las siguientes etapas en el sistema de la invención que se ha descrito arriba:

- 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.

- Proveer una pluralidad de espacios (1) de almacenamiento que contienen cajones (1’) con material para la fabricación de calzado.

- 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.).

- 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’).

- 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.

- 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.

- 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.

- 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.

- 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.

- 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).

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.

Algoritmo metaheurístico

El algoritmo metaheurístico de secuenciación consta de dos fases principales:

- 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.

- 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.

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.

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.

Algoritmo constructivo

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.

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:

1. Trabajos: Son todos los trabajos, en general, que se pueden hacer en alguna tarea.

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).

3. Polivalencias: Para saber qué trabajos puede realizar cada operario y a qué velocidad lo hará.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

- 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.

- 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.

- 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).

- Paso 4: Se realiza alternativamente uno de los siguientes:

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.

b) Si se ha asignado la tarea al puesto (2) de trabajo de un operario y no quedan más operaciones disponibles hemos terminado.

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.

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).

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:

Objetivo 1: Realizar las órdenes más prioritarias lo antes posible

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).

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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.

Objetivo 3: Minimizar el tiempo de espera entre tareas y que los operarios se queden ociosos.

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.

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.

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.

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.

Criterios para la asignación de prioridades de las distintas tareas de los recursos hardware y humanos en la fábrica:

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):

- 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.

- 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.

- 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.

- 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.

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.

- 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.

- 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).

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.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1.- Sistema de gestión de tareas y generación de alarmas en cadenas de fabricación de calzado, llevada a cabo por operarios en una fábrica, caracterizado por que comprende:

-un área de almacenamiento, con una pluralidad de espacios (1) de alojamiento para material de fabricación de calzado, donde cada espacio (1) comprende uno o más cajones (1’) equipados con identificadores únicos; dichos identificadores comprendiendo información de unos puestos (2) de trabajo donde los operarios procesarán el contenido de dichos cajones (1’);

- medios (5) de transporte de material, que comprenden un transelevador (6) y una pinza (7) telescópica equipada con medios de lectura de los identificadores únicos de los cajones (1’); estando dichos medios (5) de transporte configurados para desplazar los cajones (1’) desde el área de almacenamiento a uno o más puestos (2) de trabajo de operario, y donde la pinza (7) telescópica dispone de tres grados de libertad en el espacio, en direcciones vertical, horizontal y profundidad;

- una cinta (8) transportadora general en la que se reciben cajones (1’) del sistema a llevar al área del almacenamiento través de los medios (5) de transporte, una primera cinta (3) de recepción de productos en la que se reciben cajones (1’) del sistema a través de los medios de transporte, una segunda cinta (4) de retorno, una cinta (9) de calidad a través de la cual salen del sistema los cajones (1’) ya procesados por los operarios, y una cinta (10) de externos a través de la cual salen del sistema;

- los puestos (2) de trabajo de operarios, donde los operarios ejecutan una o más tareas de fabricación; donde cada puesto (2) de trabajo comprende: un acceso a la primera cinta (3) transportadora a través de la cual el operario recibe cajones (1’), un acceso a la segunda cinta (4) 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 (3’) local de alojamiento, uno o más indicadores luminosos configurados para cambiar de color según si los sensores de presencia detectan cajones (1’) sobre las cintas (3, 4) o si se detecta una anomalía en el funcionamiento del puesto (2) de operario, y unos medios de visualización gráfica;

- un servidor (11), que comprende una base de datos con los identificadores únicos de los cajones (1’) y del puesto (2) de trabajo donde serán procesados, e información de todos los operarios y puestos (2) de trabajo;

- un ordenador (12) de control, que está configurado para intercambiar una secuencia de tareas, unas órdenes de control y alarmas, a través unos medios de comunicación de dicho ordenador (11), con el servidor (11) del sistema, las cintas (3), (4), (8), (9), (10), los medios (5) de transporte y los medios de visualización gráfica del puesto (2) de trabajo del operario.

2.

- Sistema según la reivindicación precedente, que comprende adicionalmente una interfaz gráfica que se muestra en una pantalla (13) del ordenador (12) y que está configurada para mostrar, en tiempo real, información del estado de todos los puestos (2) de trabajo, cintas (3), (4), (8), (9), (10), medios (5) de transporte y espacios (1) de alojamiento del área de almacenamiento.

3.

- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los identificadores únicos son códigos de barras o códigos QR.

4.

- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde los sensores de presencia comprenden fotocélulas o sensores de presión.

5.

- Procedimiento de gestión de tareas y generación de alarmas en cadenas de fabricación de calzado, empleando el sistema según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que comprende la realización, para cada cajón (1’), de las siguientes operaciones:

- entrenar, en el ordenador (12), un modelo de inteligencia artificial con unos datos históricos de funcionamiento de la fábrica almacenados en la base de datos del servidor (11), donde dichos datos históricos son datos de entrada para dicho modelo y comprenden: número de puestos (2) de trabajo, distintas tareas que se pueden realizar en cada uno de dichos puestos (2) de trabajo, prioridad de las tareas que se ejecutan en los puestos (2) de trabajo, velocidad de ejecución de las tareas en los puestos (2) de trabajo, calendario de tareas de cada puesto (2) de trabajo, retrasos en la ejecución de tareas en los puestos (2) de trabajo, penalización de tiempo por cambio de tarea en cada puesto (2) de trabajo, tiempo ocioso de cada puesto (2) de trabajo, tareas realizadas por los medios (5) de transporte, estado de los sensores de presencia de las cintas (3), (4), (8), (9), (10) del sistema y ocupación de los espacios (1) 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 (2) de trabajo de los operarios, una o más alarmas, una o más órdenes de control para el transelevador (6), la pinza (7) telescópica y las cintas (3), (4), (8), (9), (10);

- recibir, a través de los medios de comunicación del ordenador (12), unos datos actuales de funcionamiento de la fábrica, que comprenden: número de puestos (2) de trabajo, tareas que se pueden realizar en cada uno de dichos puestos (2) de trabajo, prioridad de las tareas que se ejecutan en los puestos (2) de trabajo, velocidad de ejecución de las tareas en los puestos (2) de trabajo, calendario de tareas de cada puesto (2) de trabajo, retrasos y/o probabilidad de retrasos en la ejecución de tareas en los puestos (2) de trabajo, penalización de tiempo por cambio de tarea en cada puesto (2) de trabajo, tiempo ocioso de cada puesto (2) de trabajo, tareas realizadas por el transelevador (6) y la pinza (7) telescópica, estado de los sensores de presencia de las cintas (3), (4), (8), (9), (10) del sistema y ocupación de los espacios (1) de alojamiento del área de almacenamiento de la fábrica

- almacenar los datos actuales de funcionamiento de la fábrica en la base de datos del servidor (11);

- 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 (2) de trabajo de los operarios, una o más alarmas, y una o más órdenes de control para el transelevador (6), la pinza (7) telescópica y las cintas (3), (4), (8), (9), (10);

- proveer una pluralidad de espacios (1) de almacenamiento que contienen cajones (1’) con material para la fabricación de calzado;

- 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 (2) de trabajo a través de los medios de visualización;

- enviar una o más órdenes de control, generadas por el modelo de inteligencia artificial, al transelevador (6) y a la pinza (7) telescópica, para buscar en los espacios (1) de alojamiento el cajón (1’) y leer el identificador único del cajón (1’);

- enviar una o más ordenes de control, generadas por el modelo de inteligencia artificial, a las cintas (3), (4), (8), (9), (10) para regular su velocidad y dirección de desplazamiento;

- transportar el cajón (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;

- recibir el cajón (1’) en el acceso de la primera cinta (3) de recepción de material del puesto (2) de trabajo, y activar el sensor de presencia en el acceso de la primera cinta (3) del puesto (2) de trabajo para indicar que está ocupado;

- realizar, en el puesto (2) de trabajo, la tarea asignada midiendo el tiempo transcurrido entre el inicio y el fin de dicha tarea con un gestor de tiempo;

- depositar, en la segunda cinta (4) de retorno el cajón (1’) con el producto de calzado terminado y desactivar el sensor de presencia en el acceso de la primera cinta (3), lo cual activa el funcionamiento de la segunda cinta (4) de retorno;

- transportar el cajón (1’) hasta el final de la segunda cinta (4) de retorno; y

- enviar, mediante el ordenador (12), una o más órdenes de control al transelevador (6) y a la pinza (7) telescópica para desplazarlos a la posición donde se encuentra el cajón (1’), recoger dicho cajón (1’) para sacarlo del sistema o llevarlo a la cinta de calidad (9) o llevarlo a la cinta de externos (10).

6.

- Procedimiento según la reivindicación precedente, donde 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.

7.

- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, que comprende adicionalmente preprocesar los datos de entrada que se proporcionan al modelo de inteligencia artificial mediante operaciones de promediado y de eliminación de puntos anómalos.

8.

- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-7, que comprende generar y mostrar una o más alarmas mediante la interfaz gráfica del ordenador (12) del sistema en uno de los siguientes casos:

-cuando el identificador único de alguno de los cajones (1’) no puede ser leído correctamente mediante los medios de lectura de identificadores únicos de la pinza (7) telescópica;

- cuando la base de datos del servidor (11) no comprende información del puesto (2) de trabajo de operario donde será procesado uno de los cajones (1 ’);

- cuando existen uno o más cajones (1’) sin recoger a la salida de la cinta (9) de calidad o la cinta (1’) de externos y existe riesgo de desbordamiento del sistema.

9.

- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-8, donde las órdenes de control que el ordenador (12) envía a los medios (5) de transporte comprenden: velocidad y posición de desplazamiento del transelevador (6) y/o la pinza (7) telescópica, recogida de uno o más de los cajones (1’) en función de su identificador único; y donde las órdenes de control que el ordenador (12) envía a las cintas (3), (4), (8) , (9), (10) comprenden: velocidad y sentido de desplazamiento de las cintas (3), (4), (8), (9), (10) o detención de emergencia.

10.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-9, que comprende verificar que ningún puesto (2) de trabajo está ocioso y efectuar alternativamente uno de estos dos cursos de acción:

a) si no existe ningún puesto (2) de trabajo ocioso, asignar el siguiente orden decreciente de prioridad para las tareas que son ejecutadas por los medios de transporte (5) y en los puestos (2) de trabajo: envío de órdenes de control a los medios de transporte (5) para entregar cajones (1 ’) a los puestos de trabajo; envío de órdenes de control a los medios de transporte (5) para sacar cajones (1 ’) del sistema, a través de la cinta (9) de calidad o la cinta (10) de externos; desplazar las cintas (3), (4) para entregar o recoger cajones (1’) de los puestos (2) de trabajo; sacar del sistema cajones (1’) cuyo puesto (2) de trabajo de destino no ha sido leído correctamente;

b) si existe algún puesto (2) de trabajo ocioso, asignarle aleatoriamente una tarea.

11.- Procedimiento que comprende ejecutar el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5-10 a intervalos de tiempo regulares, donde dichos intervalos se configuran a través de la interfaz gráfica.