LISTAS DE VERIFICACIÓN Lista de veriicación de la evaluación del trabajo cognitivo, p. 233 Índice de riesgo de los CTD, p. 165 Lista de veriicación del diseño de pantallas, p. 243 Lista de veriicación de la postura general y de la evaluación de la tarea, p. 135 Lista de veriicación de las características de una interfaz gráica de usuario, p. 248 Guía para el análisis del trabajo-lugar de trabajo, p. 24 Lista de veriicación para evaluar la máquina, pp. 161-162 Lista de veriicación de la economía de movimientos, p. 115 Lista de veriicación para el análisis de métodos con MTM-2, pp. 434-435 Lista de veriicación del análisis de operaciones, pp. 95-96 Lista de veriicación para evaluar la coniguración y el herramental, p. 75 Lista de veriicación de la postura general y de la evaluación de la tarea, p. 135 Lista de veriicación del análisis de therbligs, pp. 120-121 Lista de veriicación para evaluar herramientas, p. 175 Lista de veriicación para planes de incentivos salariales razonables, p. 520 Lista de veriicación del ambiente de trabajo, p. 213 Lista de veriicación para evaluar estaciones de trabajo, p. 153 GRÁFICAS Y DIAGRAMAS Diagrama de la incomodidad del cuerpo humano, p. 164 Gráica de control, p. 452 Gráica de cruce, pp. 306, 500 Diagrama de pescado (causa y efecto), p. 19 Diagrama de lujo, p. 31 Gráica de lujo de los procesos, p. 29 Gráica de procesos de grupo, p. 35 Gráica de Gantt, p. 20 Guía para el análisis del trabajo lugar de trabajo, p. 24 Diagrama de los procesos operativos, p. 27 Análisis de Pareto (regla 80/20), p. 18 Gráica de PERT, p. 21 Diagrama de precedencia, p. 49 Diagrama de relaciones, p. 89 Formato para el estudio del tiempo, p. 336 Gráica de recorridos (desde hacia), p. 88 Diagrama de procesos bimanual, p. 119 Gráicas de procesos trabajador-máquina, p. 33 LINEAMIENTOS Holguras recomendadas por ILO, p. 369 Holguras revisadas, p. 381 Gasto de energía, pp. 121-123 Recuperación del ritmo cardiaco, pp. 123-124 Niveles de esfuerzo calórico (NIOSH), pp. 198-201 Niveles de iluminación (IESNA), p. 187 Lineamientos de elevación de cargas (NIOSH), pp. 128-130 Niveles de ruido (OSHA), p. 195 Calibre, velocidad, pp. 357-358 Calibre, Westinghouse, pp. 358-360 Trabajo por turnos, pp. 207-212 Zona de confort térmico, p. 199 Requerimientos de ventilación, pp. 202-204 Exposiciones a la vibración (ANSI/ISO), p. 205 ANÁLISIS Y OTRAS HERRAMIENTAS Método de Ashcroft, pp. 44-45 Chi-cuadrada, p. 262 Análisis costo-beneicio, pp. 280-282, 301-305 Herramientas de decisión económica, pp. 311-314 Árbol de fallas, pp. 276-282 Tablas de acciones de riesgos, p 300 Análisis del sitio de trabajo, p. 24 Análisis de la seguridad en el trabajo (JSA), pp. 262-264 Mapas de Karnaugh, pp. 275-276 Balanceo de la línea, pp. 45-51 Datos MOST, pp. 426-428 Datos MTM-1, pp. 406-409 Datos MTM-2, pp. 410-441 Datos MTM-3, p. 417 Toma de decisiones con criterios múltiples, pp. 303-309 Planeación simpliicada de distribución de Muther, pp. 88-91 Servicio aleatorio, pp. 40-43 Análisis de riesgos, pp. 265-267 Servicio sincrónimo, pp. 33-40 Ingeniería del valor, pp. 301-303 Fórmula de Wright, p. 43 PREFACIO Ingeniería industrial: Métodos, estándares y diseño del trabajo v PREFACIO Ingeniería industrial: Métodos, estándares y diseño del trabajo Duodécima edición Benjamin W. Niebel The Pennsylvania State University Andris Freivalds The Pennsylvania State University Revisión técnica Teresa del Carmen Ibarra Santa Ana Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Campus Ciudad de México MÉXICO • BOGOTÁ • SÃO PAULO • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA MADRID • NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTIAGO • AUCKLAND • LONDRES • MILÁN MONTREAL • NUEVA DELHI • SAN FRANCISCO • SINGAPUR • SAN LUIS • SIDNEY • TORONTO vii Director Higher Education: Miguel Ángel Toledo Castellanos Director editorial: Ricardo A. del Bosque Alayón Coordinadora editorial: Marcela I. Rocha Martínez Editor sponsor: Pablo E. Roig Vázquez Editora de desarrollo: Ana L. Delgado Rodríguez Supervisor de producción: Zeferino García García Traducción: Carlos Roberto Cordero Pedraza/Jesús Elmer Murrieta Murrieta INGENIERÍA INDUSTRIAL: MÉTODOS, ESTÁNDARES Y DISEÑO DEL TRABAJO Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin la autorización escrita del editor. DERECHOS RESERVADOS © 2009 respecto a la primera edición en español por: McGRAW-HILL/INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DE C.V. A Subsidiary of The McGraw-Hill Companies, Inc. Prolongación Paseo de la Reforma 1015, Torre A Piso 17, Colonia Desarrollo Santa Fe, Delegación Álvaro Obregón C.P. 01376, México, D. F. Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. Núm. 736 ISBN 978-970-10-6962-2 Traducido de la duodécima edición de: Niebel’s Methods, Standards, and Work Design. Copyright © 2009 The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. ISBN: 0-07-337631-0 1234567890 08765432109 Impreso en México Printed in Mexico PREFACIO Acerca de los autores Benjamin Niebel recibió los grados de licenciatura, maestría e ingeniero practicante en ingeniería industrial de la Universidad Estatal de Pennsylvania. Después de dirigir el departamento de ingeniería industrial en la compañía Lord Manufacturing, se interesó en la docencia. Regresó a la Universidad Estatal de Pennsylvania como miembro del profesorado en 1947 y después trabajó como jefe del departamento de ingeniería industrial de 1955 a 1979. Durante este tiempo escribió una gran cantidad de libros de texto, entre ellos Motion and Time Study, editado en 1955. Además, fue consultor regular en muchas industrias. Por su servicio sobresaliente a la profesión y a la Universidad Estatal de Pennsylvania, en 1976 recibió el Premio Frank and Lillian Gilbreth por parte del Instituto de Ingenieros Industriales, en 1989 el Premio al Graduado de Ingeniería Sobresaliente por parte del Colegio de Ingeniería y en 1992 el Premio al Servicio Destacado de parte de la Sociedad de Ingenieros de la Universidad Estatal de Pennsylvania. Falleció a la edad de 80 años mientras viajaba para llevar a cabo una sesión de consultoría a la industria. Andris Freivalds es profesor de ingeniería industrial en la Universidad Estatal de Pennsylvania. Obtuvo el título de licenciado en ciencias de la ingeniería y los grados de maestro y doctor en bioingeniería en la Universidad de Michigan. Después de hacer investigación en biomecánica en el Laboratorio de Investigación Médica Aeroespacial en Wright Patterson AFB, Ohio, y en la Universidad de Nottingham, en el Reino Unido, con la beca Fulbright, cambió el rumbo de sus investigaciones hacia el estudio de la reducción de lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo en compañías estadounidenses. Con la ayuda de Commonwealth de Pennsylvania para el Desarrollo del Centro de Desórdenes de Trauma Acumulativos (CTD, por sus siglas en inglés), brindó servicios ergonómicos y de diseño de ingeniería a más de 75 compañías en Pennsylvania para controlar los riesgos en el lugar de trabajo y mejorar la productividad en general. En reconocimiento a estos esfuerzos, el Dr. Freivalds obtuvo el Premio a la Innovación Tecnológica del Instituto de Ingenieros Industriales en 1995. Es un ergonomista profesional certiicado y miembro de la Sociedad de Ergonomía. ix A Benjamin W. Niebel (1918-1999) quien me recordó la importancia de considerar la productividad mientras se diseña el trabajo para la salud y la seguridad. PREFACIO Contenido breve Prefacio xvi 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción 1 2 Herramientas para la solución de problemas 17 3 Análisis de operaciones 57 4 Diseño del trabajo manual 99 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas 139 6 Diseño del ambiente de trabajo 183 7 Diseño del trabajo cognitivo 217 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas 255 9 Implantación del método propuesto 299 10 Estudio de tiempos 327 11 Caliicación del desempeño y holguras 355 12 Datos y fórmulas estándar 385 13 Sistemas de tiempos predeterminados 403 14 Muestreo del trabajo 441 15 Estándares de mano de obra general e indirecta 467 16 Seguimiento y uso de estándares 489 17 Pago de salarios 507 18 Capacitación y otras prácticas administrativas 525 Apéndice 1: Glosario 547 Apéndice 2: Fórmulas útiles 562 Apéndice 3: Tablas especiales 564 Índice 577 xi Contenido Prefacio xvi Capítulo 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción 1 1.1 Importancia de la productividad 1 1.2 Alcance de los métodos y estándares 1.3 Desarrollos históricos 7 Resumen 13 Preguntas 15 Referencias 15 Sitios en Internet 16 2 Herramientas para la solución de problemas 17 2.1 Herramientas exploratorias 18 2.2 Herramientas de registro y análisis 25 2.3 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina 32 Resumen 51 Preguntas 52 Problemas 53 Referencias 56 Software seleccionado 56 Capítulo 3 xii 98 Capítulo 4 Capítulo 2 Análisis de operaciones 57 3.1 Finalidad de la operación 58 3.2 Diseño de las partes 61 3.3 Tolerancias y especiicaciones 63 3.4 Material 65 3.5 Secuencia y proceso de fabricación 3.6 Coniguración y herramientas 74 3.7 Manejo de materiales 78 3.8 Distribución de la planta 86 3.9 Diseño del trabajo 94 Resumen 94 Preguntas 94 Problemas 97 Referencias 97 Software seleccionado 98 Videocintas/DVD seleccionados 69 Diseño del trabajo manual 99 4.1 Sistema músculo-esquelético 100 4.2 Principios de diseño del trabajo: capacidades humanas y economía de los movimientos 101 4.3 Estudio de los movimientos 114 4.4 Trabajo manual y lineamientos de diseño 118 Resumen 135 Preguntas 135 Problemas 136 Referencias 137 Software recomendado 138 Sitios en Internet 138 Capítulo 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas 139 5.1 Antropometría y diseño 139 5.2 Principios del diseño de trabajo: el lugar de trabajo 143 5.3 Principios del diseño de trabajo: máquinas y equipo 152 5.4 Desórdenes de trauma acumulativo 160 5.5 Principios del diseño de trabajo: herramientas 164 Resumen 176 Preguntas 176 Problemas 176 Referencias 180 CONTENIDO Software recomendado 181 Sitios en Internet 182 Capítulo 6 Diseño del ambiente de trabajo 183 6.1 Iluminación 183 6.2 Ruido 190 6.3 Temperatura 198 6.4 Ventilación 202 6.5 Vibración 204 6.6 Radiación 206 6.7 Trabajo por turnos y horas laborables 207 Resumen 212 Preguntas 212 Problemas 214 Referencias 215 Software recomendado 216 Sitios en Internet 216 Capítulo 7 Diseño del trabajo cognitivo 217 7.1 Teoría de la información 217 7.2 Modelo de procesamiento de información en el ser humano 219 7.3 Codiicación de la información: principios generales de diseño 232 7.4 Pantallas con información visual: principios especíicos de diseño 236 7.5 Pantalla de información auditiva: principios especíicos de diseño 241 7.6 Interacción hombre-computadora: consideraciones de hardware 242 7.7 Interacción hombre-computadora: consideraciones de software 245 Resumen 247 Preguntas 247 Problemas 248 Referencias 252 Software recomendado 253 Sitios en Internet 253 Capítulo 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas 255 8.1 Filosofías básicas acerca de las causas y la prevención de accidentes 256 8.2 Proceso para prevenir accidentes 261 8.3 Métodos probabilísticos 268 8.4 Coniabilidad 271 xiii 8.5 Análisis del árbol de fallas 276 8.6 Legislación sobre seguridad e indemnización de los trabajadores 282 8.7 Seguridad Ocupacional y Administración de la Salud (OSHA) 285 8.8 Control de riesgos 290 8.9 Tareas domésticas generales 292 Resumen 295 Preguntas 295 Problemas 296 Referencias 297 Sitios en Internet 298 Capítulo 9 Implantación del método propuesto 299 9.1 Herramientas para la toma de decisiones 300 9.2 Instalación 311 9.3 Evaluación de puestos 314 9.4 Ley para discapacitados en Estados Unidos 320 9.5 Seguimiento 321 9.6 Implantaciones exitosas de métodos 321 Resumen 323 Preguntas 323 Problemas 323 Referencias 324 Software seleccionado 325 Capítulo 10 Estudio de tiempos 327 10.1 Un día de trabajo justo 328 10.2 Requerimientos del estudio de tiempos 328 10.3 Equipo para el estudio de tiempos 329 10.4 Elementos del estudio de tiempos 333 10.5 Inicio del estudio 335 10.6 Ejecución del estudio 342 10.7 Cálculos del estudio 344 10.8 El tiempo estándar 345 Resumen 350 Preguntas 350 Problemas 351 Referencias 353 Software seleccionado 353 Videos seleccionados 353 Capítulo 11 Calificación del desempeño y holguras 355 11.1 Desempeño estándar 356 11.2 Características de caliicaciones razonables 356 xiv CONTENIDO 11.3 Métodos de caliicación 357 11.4 Aplicación y análisis de la caliicación 362 11.5 Capacitación para la caliicación 364 11.6 Suplementos u holguras 366 11.7 Holguras constantes 367 11.8 Holguras por fatiga variable 368 11.9 Holguras especiales 377 11.10 Aplicaciones de los suplementos u holguras Resumen 379 Preguntas 380 Problemas 381 Referencias 382 Software seleccionado 383 Videos seleccionados 383 Capítulo 12 Datos y fórmulas estándar 385 12.1 Desarrollo de datos de tiempo estándar 386 12.2 Construcción de fórmulas a partir de datos empíricos 389 12.3 Fórmulas analíticas 393 12.4 Uso de datos estándar 397 Resumen 398 Preguntas 399 Problemas 399 Referencias 401 Software seleccionado 401 Capítulo 13 Sistemas de tiempos predeterminados 403 13.1 Métodos de medición de tiempo (MTM) 404 13.2 Técnica secuencial de operación Maynard (MOST) 423 13.3 Aplicación de tiempo predeterminado 431 Resumen 436 Preguntas 437 Problemas 437 Referencias 439 Software seleccionado 440 Capítulo 14 Muestreo del trabajo 441 14.1 Teoría del muestreo del trabajo 442 14.2 Presentación del muestreo del trabajo 445 14.3 Planeación de estudios de muestreo del trabajo 446 379 14.4 Registro de observaciones 453 14.5 Utilización de máquinas y operarios 454 14.6 Determinación de holguras 457 14.7 Determinación del tiempo estándar 457 14.8 Autoobservación 459 14.9 Software para muestreo del trabajo 461 Resumen 463 Preguntas 463 Problemas 463 Referencias 465 Software seleccionado 466 Videocintas seleccionadas 466 Capítulo 15 Estándares de mano de obra general e indirecta 467 15.1 Estándares de la mano de obra indirecta y general 468 15.2 Datos estándar de mano de obra indirecta y general 480 15.3 Estándares de desempeño profesional 483 Resumen 486 Preguntas 486 Problemas 486 Referencias 487 Capítulo 16 Seguimiento y uso de estándares 489 16.1 Mantenimiento de tiempos estándar 490 16.2 Uso de estándares 491 16.3 Costeo 498 Resumen 504 Preguntas 504 Problemas 504 Referencias 505 Capítulo 17 Pago de salarios 507 17.1 Planes de jornada de trabajo 508 17.2 Planes de compensación lexibles 508 17.3 Implementación de incentivos salariales 17.4 Planes de motivación del desempeño no inancieros 520 Resumen 521 Preguntas 522 Problemas 523 Referencias 524 Software seleccionado 524 517 xv CONTENIDO Capítulo 18 Capacitación y otras prácticas administrativas 525 18.1 Capacitación del operario 525 18.2 La curva de aprendizaje 527 18.3 Empleados y motivación 531 18.4 Interacciones humanas 535 18.5 Comunicaciones 537 18.6 Prácticas modernas de administración Resumen 544 Preguntas 544 Problemas 545 Referencias 546 Software seleccionado Sitio web: 546 546 Apéndice 1: Glosario 547 Apéndice 2: Fórmulas útiles 541 562 Apéndice 3: Tablas especiales Índice 577 564 Prefacio ANTECEDENTES Enfrentados ante una competencia cada vez mayor proveniente de prácticamente todo mundo, la mayor parte de las industrias, negocios y empresas de servicios están reestructurándose a in de operar de una manera más eiciente. A medida que las empresas se simpliican y hacen uso de servicios externos, deben aumentar la intensidad con la que reducen los costos y los esfuerzos para mejorar la calidad, a la vez que se ven en la necesidad de operar con una fuerza de trabajo reducida. La eiciencia en costos y la coniabilidad del producto sin usar un exceso de capacidad son elementos clave para la actividad exitosa en todas las áreas de negocios, la industria y el gobierno, y representan el resultado inal de la ingeniería de métodos, de los estándares equitativos de tiempo y del diseño eiciente del trabajo. Asimismo, a medida que las máquinas y el equipo se hacen cada vez más complejos y se convierten en semiautomáticos, si no es que en totalmente automáticos, es más importante estudiar los componentes manuales y los aspectos de conocimiento del trabajo, además de la seguridad de las operaciones. El operario debe percibir e interpretar grandes cantidades de información, tomar decisiones críticas y controlar dichas máquinas y equipos con rapidez y precisión. En años recientes, los trabajos se han desplazado en forma gradual del sector manufactura al sector de servicios. En ambos sectores cada día se otorga menos importancia a la actividad física bruta mientras que ha aumentado el interés en el procesamiento de información y la toma de decisiones, especialmente a través de computadoras y la tecnología moderna asociada. La eiciencia y las herramientas de diseño de trabajo son las claves para la mejora de la productividad en cualquier industria, negocio o empresa de servicios, ya sea un banco, un hospital, una tienda de departamentos, un ferrocarril o un sistema postal. Además, el éxito en una línea de productos determinada o de un servicio lleva a nuevos productos e innovaciones. Es esta serie de éxitos lo que conduce a la generación de empleos y al crecimiento de la economía. El lector debe ser cuidadoso de no ser inducido o intimidado por los nuevos productos que se presentan como la solución a todo problema de falta de competitividad de una empresa. A menudo estas modas hacen a un lado los procedimientos de ingeniería y administración que, cuando se utilizan de manera adecuada, representan la clave de un éxito permanente. En estos días escuchamos muchos comentarios sobre la reingeniería y el uso de equipos multifuncionales a medida que los líderes de negocios reducen costos, inventarios, tiempos de los ciclos y actividades que no producen valor. Sin embargo, la experiencia de los últimos años ha demostrado que recortar personal de la nómina con el solo objeto de automatizar los trabajos no siempre resulta ser un procedimiento inteligente. Los autores, con muchos años de experiencia en más de una centena de industrias recomiendan categóricamente los métodos de ingeniería, los estándares realistas y el buen diseño del trabajo como la fórmula del éxito, tanto en empresas de manufactura como de servicios. POR QUÉ SE ESCRIBIÓ ESTE LIBRO Los objetivos de la duodécima edición son casi los mismos que los de la anterior: proporcionar un libro de texto universitario práctico y actualizado que describa los métodos ingenieriles para medir, analizar y diseñar el trabajo manual. Se ha hecho hincapié en la importancia de la ergonomía y el xvi PREFACIO diseño de trabajo como parte de los métodos de ingeniería, no sólo para aumentar la productividad, sino también para mejorar la salud y la seguridad del trabajador y, por lo tanto, los costos críticos de la compañía. Con suma frecuencia los ingenieros industriales se enfocan únicamente a incrementar la productividad a través de cambios en los métodos y la simpliicación del trabajo, lo que ha dado como resultado tareas repetitivas sobrepuestas para los operarios y una mayor incidencia de lesiones músculo-esqueléticas. Cualquier reducción de costos que tenga la empresa se contrarresta con el costo de las compensaciones médicas del trabajador, que cada vez es mayor, especialmente cuando se consideran los elevados precios de los servicios de salud en la actualidad. QUÉ ES NOVEDOSO EN LA DUODÉCIMA EDICIÓN Se ha añadido un nuevo capítulo 8 acerca del lugar de trabajo y la seguridad de los sistemas que incluye material sobre los modelos de las causas de accidentes, la prevención de ellos, el análisis cuantitativo y el control general de riesgos. Este capítulo, por ende, complementa el conocimiento que un ingeniero industrial debe tener para administrar una línea de producción o un centro de servicio. Los capítulos anteriores 10 y 11 acerca de caliicaciones y holguras se combinaron como material de apoyo y se transformaron en el nuevo capítulo 10 referente al estudio de tiempos. El capítulo 13 se expandió a in de incluir más material sobre el tema BasicMOST. Se ha agregado alrededor de 10 a 15% de ejemplos, problemas y estudios de casos. La duodécima edición aún muestra una dependencia continua del diseño y las mediciones del trabajo, la distribución de las instalaciones y varias gráicas de procesos de lujos para los estudiantes que ingresan a la profesión de la ingeniería industrial y sirve como una fuente práctica y actualizada de material de referencia para el ingeniero practicante y el gerente. EN QUÉ ESTE LIBRO ES DIFERENTE A LOS DEMÁS La mayoría de los libros de texto que se venden en el mercado tratan de los elementos tradicionales del estudio de tiempos y movimientos o de factores humanos y ergonomía. Sólo unos pocos de ellos integran ambos temas en uno solo, para este propósito, en un curso único. En estos días, el ingeniero industrial necesita considerar de manera simultánea temas de productividad y sus efectos en la salud y la seguridad del trabajador. Pocos libros tienen el formato adecuado para utilizarse en el salón de clase. Esta obra incluye preguntas adicionales, problemas y ejercicios de laboratorio con la intensión de ayudar al profesor. ORGANIZACIÓN DEL TEXTO Y MATERIAL DEL CURSO La duodécima edición está diseñada para ofrecer grosso modo un capítulo de material por semana de un curso introductorio de un semestre de duración. A pesar de que son 18 capítulos en total, el capítulo 1 es corto e introductorio, la mayor parte del 7, que explica el diseño de trabajo cognitivo, y el 8, que se reiere a seguridad, pueden cubrirse en otros cursos, mientras que el capítulo 15, que trata el tema de los estándares para el trabajo indirecto y los gastos, puede que no necesite desarrollarse en un curso introductorio, todo lo cual deja sólo 15 capítulos a cubrir en el semestre. Un plan típico para un semestre, capítulo por capítulo, que utilice el número usual de clases, podría ser el que aparece en la página siguiente. El plan recomendado abarca 43 lecciones con dos periodos para exámenes. Algunos profesores podrían concederle más tiempo a cualquier capítulo para el cual se proporcione material adicional, por ejemplo, diseño del trabajo (capítulos 4 a 7), y menos tiempo al de mediciones de trabajo tradicional (capítulos 8 a 16) o viceversa. El texto permite esta lexibilidad. De manera similar, si se utiliza todo el material (el segundo número de la clase), hay material suiciente para un curso en clase y un curso en el laboratorio, de la misma manera como se lleva a cabo en la Universidad Estatal de Pennsylvania. xvii xviii PREFACIO Capítulo Clases Cobertura 1 1 Rápida introducción acerca de la importancia de la productividad y del diseño del trabajo con algo de perspectiva histórica. 2 3-6 Algunas herramientas de cada área (análisis de Pareto, guía de análisis de trabajo/sitio detrabajo, gráicas de procesos de lujo, gráicas de trabajador-máquina) con algunos análisis cuantitativos acerca de las interacciones entre ambos. Los temas balanceo de la línea y PERT pueden impartirse en otros cursos. 3 4 Análisis de operaciones con un ejemplo de cada paso. 4 4 Completo, pero puede mencionarse brevemente isiología muscular básica y gasto de energía. 5 4 Completo. 6 3-4 Fundamentos de iluminación, ruido, temperatura; otros temas a elección pueden impartirse en otro curso. 7 0-4 Su cobertura depende del interés del profesor; puede impartirse en otro curso. 8 0-5 Su cobertura depende del interés del profesor; puede impartirse en otro curso. 9 3-5 Tres herramientas: ingeniería del valor, análisis costo-beneicio y gráicas de cambio; análisis y evaluación del cambio e interacción con trabajadores. Las demás herramientas se pueden estudiar en otros cursos. Fundamentos del estudio del tiempo. 10 3 11 3-5 Forma de caliicar; la primera mitad de los holguras están bien establecidas. 12 1-3 La cobertura de datos y fórmulas estándar depende del interés de profesor. 13 4-7 Sólo un sistema de tiempos predeterminado con profundidad; el segundo puede impartirse en otro curso. 14 2-3 Muestreo del trabajo. 15 0-3 La cobertura de los estándares indirectos y de gastos de trabajo dependen del interés del profesor. 16 2-3 Panorama y costeo 17 3-4 Trabajo diario y plan de horas estándar. 18 3-4 Curvas de aprendizaje, motivación y habilidades del personal. MATERIALES DE APOYO Esta obra cuenta con interesantes complementos que fortalecen los procesos de enseñanza-aprendizaje, así como la evaluación de los mismos, los cuales se otorgan a profesores que adoptan este texto para sus cursos. Para obtener más información y conocer la política de entrega de estos materiales, contacte a su representante McGraw-Hill. RECONOCIMIENTOS Deseo reconocer al difunto Ben Niebel por brindarme la oportunidad de contribuir a elaborar este respetado texto. Espero que las adiciones y modiicaciones cumplan con sus estándares y que este libro continúe siendo de utilidad a futuros ingenieros industriales a medida que ingresen a sus ca- PREFACIO rreras. Gracias al Dr. Dongjoon Kong, de la Universidad de Tennessee, por dedicar tanto tiempo a la Estatal de Pennsylvania para programar DesignTools. También quiero dar las gracias a los siguientes revisores por su invaluable consejo: David R. Clark, Kettering University Luis René Contreras, University of Texas, El Paso Jerry Davis, Auburn University Corinne MacDonald, Dalhousie University Gary Mirka, Iowa State University Durward K. Sobek, Montana State University Harvey Wolfe, University of Pittsburgh Por último, deseo expresar mi agradecimiento a Dace por su paciencia y ayuda. Andris Freivalds xix CAPÍTULO 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción CAPÍTULO Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción 1 PUNTOS CLAVE • • • • • La industria de Estados Unidos se caracteriza por una productividad cada vez mayor. La salud y seguridad del trabajador son tan importantes como la productividad. La ingeniería de métodos simpliica el trabajo. El diseño del trabajo acopla el trabajo al trabajador. El estudio de tiempos mide el trabajo y establece estándares. 1.1 IMPORTANCIA DE LA PRODUCTIVIDAD Es importante considerar, desde el punto de vista económico y práctico, ciertos cambios que continuamente se llevan a cabo en los ambientes industrial y de negocios. Dichos cambios incluyen la globalización del mercado y de la manufactura, el crecimiento del sector servicios, el uso de computadoras en todas las operaciones de la empresa y la aplicación cada vez más extensa de la Internet y la web. La única forma en que un negocio o empresa puede crecer e incrementar sus ganancias es mediante el aumento de su productividad. La mejora de la productividad se reiere al aumento en la cantidad de producción por hora de trabajo invertida. Estados Unidos ha tenido por mucho tiempo la productividad más alta del mundo. En los últimos 100 años, su productividad ha aumentado alrededor de 4% anualmente. Sin embargo, en la última década, la rapidez con que mejora su productividad ha sido superada por la de Japón, Corea y Alemania, y es posible que pronto sea amenazada por la de China. Las herramientas fundamentales que generan una mejora en la productividad incluyen métodos, estudio de tiempos estándares (a menudo conocidos como medición del trabajo) y el diseño del trabajo. Doce por ciento de los costos totales en que incurre una empresa fabricante de productos metálicos está representado por trabajo directo, 45% por materia prima y 43% por gastos generales. Todos los aspectos de una industria o negocio —ventas, inanzas, producción, ingeniería, costos, mantenimiento y administración— ofrecen áreas fértiles para la aplicación de métodos, estándares y diseño del trabajo. Con mucha frecuencia la gente considera sólo la producción, mientras que los demás aspectos de la empresa también pueden beneiciarse de la aplicación de las herramientas para incrementar la productividad. En ventas, por ejemplo, los métodos modernos para la recuperación de información generalmente traen como consecuencia información más coniable y ventas mayores a un menor costo. En la actualidad, la mayoría de los negocios y las industrias de Estados Unidos, por necesidad, se están reestructurando a sí mismos, reduciendo su tamaño con el in de operar de una manera 1 1 2 CAPÍTULO 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción más eiciente en un mundo cada vez más competitivo. Con una agresividad nunca antes vista, las empresas están resolviendo aspectos como la reducción de costos y un aumento de calidad a través de una mejora en la productividad. Asimismo, las empresas están analizando de una manera crítica todos los componentes del negocio que no agregan valor, es decir, aquellos que no incrementan sus utilidades. Debido a que el área de producción dentro de la industria manufacturera emplea el mayor número de ingenieros en tareas de métodos, estándares y diseño del trabajo, este libro ofrecerá un tratamiento más detallado de este campo que de cualquier otro. Sin embargo, se proporcionarán ejemplos de otras áreas del sector manufacturero como mantenimiento, transporte, ventas y administración, así como de la industria de servicios. Las áreas tradicionales de oportunidad para los estudiantes involucrados en ingeniería, administración industrial, administración de negocios, psicología industrial y relaciones laborales son: 1) medición del trabajo, 2) métodos y diseño del trabajo, 3) ingeniería de la producción, 4) análisis y control de la manufactura, 5) diseño y planeación de plantas industriales, 6) administración de salarios, 7) ergonomía y seguridad, 8) producción y control de inventarios y 9) control de calidad. Sin embargo, estas áreas de oportunidad no están coninadas a las industrias de manufactura. Existen, y son igualmente importantes, en empresas tales como tiendas departamentales, hoteles, instituciones educativas, hospitales, bancos, líneas aéreas, compañías de seguros, centros de servicios militares, agencias gubernamentales y complejos de retiro. En la actualidad, en Estados Unidos, sólo alrededor de 10% del total de la fuerza laboral forma parte de la industria manufacturera. El otro 90% está involucrado en la industria de servicios o en posiciones ejecutivas. A medida que Estados Unidos se encuentre más orientado hacia la industria de servicios, las ilosofías y técnicas de los métodos, estándares y diseño del trabajo también deberán utilizarse en este sector. En cualquier lugar en el que personas, materiales y recursos interactúen con el in de alcanzar un objetivo, la productividad puede mejorarse a través de la aplicación inteligente de métodos, estándares y diseño del trabajo. El área de producción de una industria es clave para su éxito. En ella los materiales son solicitados y controlados; la secuencia de las operaciones, de las inspecciones y de los métodos es determinada; las herramientas son solicitadas; los tiempos asignados; el trabajo es programado, asignado y se le da seguimiento; y la satisfacción del cliente es mantenida con productos de calidad entregados a tiempo. De manera similar, los métodos, estándares y la actividad del diseño del trabajo son una parte fundamental del grupo de producción. Aquí más que en ningún otro sector, la gente determina si un producto va a fabricarse de una manera competitiva a través de estaciones de trabajo, herramental y relaciones trabajador-máquina eicientes. En este punto es donde la gente debe ser creativa en la mejora de los métodos y productos existentes y en el mantenimiento de buenas relaciones laborales a través del uso de estándares laborales adecuados y justos. El objetivo del gerente de manufactura es fabricar un producto de calidad, a tiempo y al menor costo posible, con una mínima inversión de capital y una máxima satisfacción del empleado. El objetivo del gerente de control de calidad y coniabilidad es mantener constantes las especiicaciones de ingeniería y satisfacer a los clientes con el nivel de calidad y coniabilidad del producto a través de su vida útil. Por su parte, el gerente de control de la producción se interesa principalmente en el establecimiento y mantenimiento de programas de producción con la debida consideración de las necesidades del cliente y de la economía favorable que se obtiene mediante una programación cuidadosa. La principal preocupación del gerente de mantenimiento es minimizar los tiempos muertos debidos a fallas y reparaciones no programadas. La igura 1.1 muestra la relación que existe entre estas tres áreas y la inluencia de los métodos, estándares y diseño del trabajo en la producción total. 1.2 ALCANCE DE LOS MÉTODOS Y ESTÁNDARES La ingeniería de métodos incluye el diseño, la creación y la selección de los mejores métodos de fabricación, procesos, herramientas, equipos y habilidades para manufacturar un producto con base en las especiicaciones desarrolladas por el área de ingeniería del producto. Cuando el mejor método coincide con las mejores habilidades disponibles, se presenta una relación trabajador-máquina eiciente. Una vez que se ha establecido el método en su totalidad, se debe determinar un tiempo 1.2 3 Alcance de los métodos y estándares Director general Gerente de ventas A Gerente de mantenimiento Gerente de manufactura Contralor B C Gerente de control de calidad y confiabilidad H Gerente de relaciones industriales Agente de compras D Gerente de métodos, estándares y diseño del trabajo G E I Ingeniero en jefe F Gerente de control de la producción J Departamentos de manufactura A: En gran medida, el costo está determinado por los métodos de manufactura. B: Los estándares de tiempo son las bases de los costos estándar. C: Los estándares (directos e indirectos) proporcionan la base de las mediciones del desempeño de los departamentos de producción. D: El tiempo es el común denominador para comparar la competitividad del equipo y los suministros. E: Las buenas relaciones laborales se conservan mediante estándares equitativos y un entorno laboral seguro. F: Los métodos del diseño del trabajo y los procesos influyen en gran medida en el diseño de productos. G: Los estándares proporcionan la base del mantenimiento preventivo. H: Los estándares mantienen la calidad. I: La programación está basada en los estándares de tiempo. J: Los métodos, estándares y el diseño del trabajo determinan cómo se hará el trabajo y qué duración tendrá. estándar para fabricar el producto. Además, existe la responsabilidad de observar que 1) los estándares predeterminados sean cumplidos; 2) los trabajadores sean compensados de manera adecuada de acuerdo con su producción, habilidades, responsabilidades y experiencia; y 3) que los trabajadores experimenten un sentimiento de satisfacción por el trabajo que realizan. El procedimiento completo incluye la deinición del problema; dividir el trabajo en operaciones; analizar cada operación con el in de determinar los procedimientos de fabricación más económicos para la cantidad que se desee producir, considerando la seguridad del operador y su interés en el trabajo; aplicando los valores de tiempo apropiados; y posteriormente dando seguimiento al proceso con el in de garantizar que el método prescrito se haya puesto en operación. La igura 1.2 muestra las oportunidades para reducir el tiempo de manufactura estándar a través de la aplicación de la ingeniería de métodos y el estudio de tiempos. INGENIERÍA DE MÉTODOS Muy a menudo, los términos análisis de operaciones, diseño del trabajo, simpliicación del trabajo, ingeniería de métodos y reingeniería corporativa se utilizan como sinónimos. En la mayoría de los casos, todos ellos se reieren a una técnica para aumentar la producción por unidad de tiempo o reducir el costo por unidad de producción: en otras palabras, a la mejora de la productividad. Sin embargo, la ingeniería de métodos, en la forma en que se deine en este libro, implica el análisis en dos tiempos diferentes durante la historia de un producto. Primero, el ingeniero de métodos es responsable del diseño y desarrollo de varios centros de trabajo donde el producto será fabricado. Segundo, ese inge- Figura 1.1 Diagrama de una organización típica que muestra la inluencia de los métodos, estándares y diseño del trabajo en la operación de la empresa. Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción Mínimo contenido de trabajo del producto. Figura 1.2 Oportunidades de ahorros a través de la aplicación de la ingeniería de métodos y el estudio de tiempos. Tiempo total de operación en condiciones existentes o en condiciones futuras cuando no se han puesto en práctica la ingeniería de métodos, estándares y el diseño del trabajo. 1 Contenido del trabajo adicional por defectos en el diseño o en las especificaciones del producto, lo cual incluye la especificación de materiales, de la geometría y de las tolerancias y el acabado. 2 Contenido de trabajo adicional debido a un diseño de trabajo y métodos de manufactura u operación ineficientes, lo cual incluye la configuración, herramientas, condiciones de trabajo, disposición del lugar de trabajo y economía de los movimientos. 3 Tiempo adicional debido a problemas de la administración, lo cual incluye una pobre planeación, un control deficiente de inventarios de herramientas y materiales, una pobre programación y deficientes supervisión, instrucción y entrenamiento. 4 Tiempo adicional debido a problemas del trabajador, lo cual incluye trabajar a un menor ritmo que el normal o hacer uso excesivo de las tolerencias. Objetivo de los métodos, estándares y diseño del trabajo. CAPÍTULO 1 Oportunidades de ahorro a través de la ingeniería de métodos, estándares y diseño del trabajo. 4 niero debe estudiar continuamente estos centros de trabajo con el in de encontrar una mejor forma de fabricar el producto y/o mejorar su calidad. En años recientes, este segundo análisis se ha conocido con el nombre de reingeniería corporativa. A este respecto, reconocemos que un negocio debe implantar cambios si desea continuar con una operación rentable. Por lo tanto, podría ser deseable introducir cambios en otras áreas además de la de manufactura. A menudo, los márgenes de ganancia pueden mejorarse a través de cambios positivos en áreas como contabilidad, administración de inventarios, planeación de requerimientos de materiales, logística y administración de recursos humanos. La automatización de la información puede proporcionar enormes recompensas en todas estas áreas. A medida que el estudio de métodos sea aplicado a detalle durante las etapas de planeación, será menor la necesidad de realizar estudios de métodos adicionales durante la vida del producto. La ingeniería de métodos implica la utilización de la capacidad tecnológica. Debido principalmente a la ingeniería de métodos, las mejoras en la productividad nunca terminan. El diferencial de productividad que resulta de la innovación tecnológica puede ser de tal magnitud que los países desarrollados siempre podrán mantener su competitividad respecto a los países en desarrollo de bajos sueldos. Por lo tanto, la investigación y desarrollo (R&D) que lleva a una nueva tecnología es fundamental en la ingeniería de métodos. Los 10 países con la mayor inversión en R&D por empleado, de acuerdo con el reporte de la Organización de Desarrollo Industrial de las Naciones Unidas (1985), son Estados Unidos, Suiza, Suecia, Holanda, Alemania, Noruega, Francia, Israel, Bélgica y Japón. Estos países se encuentran entre los líderes en productividad. Siempre y cuando mantengan la importancia que otorgan a la investigación y desarrollo, la ingeniería de métodos a través de la innovación tecnológica será fundamental para conservar su capacidad para ofrecer bienes y servicios de alto nivel. Los ingenieros de métodos utilizan un procedimiento sistemático para desarrollar un centro de trabajo, fabricar un producto y ofrecer un servicio (consulte la igura 1.3). Este procedimiento se presenta a continuación y resume el lujo de este texto. Cada etapa se explica a detalle en un capítulo 1.2 Alcance de los métodos y estándares 1. Selección del proyecto Nuevas plantas y expansión de las existentes Nuevos productos, nuevos métodos Productos de alto costo/baja ganancia Productos incapaces de competir Dificultades en la fabricación Operaciones con cuello de botella/herramientas exploratorias 2. Obtención y presentación de datos Procedimiento sistemático de métodos y medición del trabajo Obtención de las necesidades de producción Obtención de los datos de ingeniería Obtención de los datos de fabricación y costos Desarrollo de la descripción y bosquejos de la estación de trabajo y herramientas Construcción de gráficas de operación de los procesos Construcción de diagramas de flujo de procesos de cada uno de los artículos 3. Análisis de datos Utilice nueve métodos principales del análisis operativo Cuestione cada detalle Utilice por qué, dónde, qué, quién, cuándo, cómo 4. Desarrollo del método ideal Gráficas de proceso del trabajador y de la máquina Técnicas matemáticas Etapas de eliminación, combinación, simplificación y arreglo Principios del diseño del trabajo respecto a: Economía de movimientos, trabajo manual, equipo del lugar de trabajo, herramientas, medio ambiente de trabajo, seguridad 5. Presente e instale el método Utilice herramientas para la toma de decisiones Desarrolle presentaciones verbales y escritas Supere la resistencia Venda el método al operador, al supervisor y a la administración Ponga el método en operación 6. Desarrollo del análisis del trabajo Análisis del trabajo Descripciones del trabajo Acomodo de trabajadores con habilidades diferentes 7. Establezca estándares de tiempo Estudio cronometrado del tiempo Muestreo del trabajo Datos estándar Fórmulas Sistemas de tiempos predeterminados 8. Seguimiento Verificación de los ahorros Asegúrese de que la instalación sea la correcta Mantenga a todos abordo Repita el procedimiento de los métodos Figura 1.3 Principales etapas de un programa de ingeniería de métodos. 5 6 CAPÍTULO 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción posterior. Observe que, estrictamente, las etapas 6 y 7 no forman parte de un estudio de métodos, sin embargo son necesarios en un centro de trabajo totalmente funcional. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Seleccione el proyecto. Por lo general, los proyectos seleccionados representan ya sea nuevos productos o productos existentes que tienen un alto costo de manufactura y una baja ganancia. También, los productos que actualmente experimentan diicultades para conservar la calidad y tienen problemas para ser competitivos son proyectos aptos para aplicar ingeniería de métodos. (Consulte el capítulo 2 para obtener más detalles.) Obtenga y presente los datos. Integre todos los hechos relevantes relacionados con el producto o servicio. Esta tarea incluye diagramas y especiicaciones, cantidades requeridas, requerimientos de entrega y proyecciones de la vida anticipada del producto o servicio. Una vez que se ha recabado toda la información relevante, almacénela en una forma ordenada para su estudio y análisis. En esta etapa, el desarrollo de las gráicas de proceso es de mucha utilidad. (Consulte el capítulo 2 para obtener más detalles.) Analice los datos. Utilice los principales métodos de análisis de operaciones para decidir qué alternativa dará como resultado el mejor producto o servicio. Dichos métodos principales incluyen el propósito de la operación, el diseño de la parte, las tolerancias y especiicaciones, los materiales, los procesos de manufactura, la coniguración y las herramientas, las condiciones de trabajo, el manejo de materiales, la distribución de la planta y el diseño del trabajo. (Consulte el capítulo 3 para obtener más detalles.) Desarrolle el método ideal. Seleccione el mejor procedimiento para cada operación, inspección y transporte considerando las diversas restricciones asociadas con cada alternativa, entre ellas la productividad, la ergonomía y las implicaciones sobre salud y seguridad. (Consulte los capítulos 3 y 7 para obtener más detalles.) Presente e implemente el método. Explique el método propuesto a detalle a las personas responsables de su operación y mantenimiento. Tome en cuenta todos los detalles del centro de trabajo con el in de asegurar que el método propuesto ofrezca los resultados planeados. (Consulte el capítulo 8 para obtener más detalles.) Desarrolle un análisis del trabajo. Lleve a cabo un análisis del trabajo del método instalado con el in de asegurar que los operadores sean seleccionados, entrenados y recompensados adecuadamente. (Consulte el capítulo 8 para obtener más detalles.) Establezca estándares de tiempo. Determine un estándar justo y equitativo para el método instalado. (Consulte los capítulos 9 a 15 para obtener más detalles.) Déle seguimiento al método. A intervalos regulares, audite el método instalado con el in de determinar si se están alcanzando la productividad y la calidad planeadas, si los costos se proyectaron correctamente y si se pueden hacer mejoras adicionales. (Consulte el capítulo 16 para obtener más detalles.) En resumen, la ingeniería de métodos es el análisis sistemático a fondo de todas las operaciones directas e indirectas con el in de implementar mejoras que permitan que el trabajo se desarrolle más fácilmente, en términos de salud y seguridad del trabajador, y permite que éste se realice en menos tiempo con una menor inversión por unidad (p. ej., con una mayor rentabilidad). DISEÑO DEL TRABAJO Como parte del desarrollo o del mantenimiento del nuevo método, los principios de diseño del trabajo deben utilizarse con el in de adaptar la tarea y la estación de trabajo ergonómicamente al operador humano. Desafortunadamente, por lo general el diseño del trabajo se olvida cuando se persigue un incremento en la productividad. Con mucha frecuencia, la sobreposición de procedimientos simpliicados da como resultado que los operadores realicen tareas repetitivas tipo máquina, lo cual provoca un mayor índice de lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo. Cualquier aumento de la productividad y reducción de costos se ven más que disminuidos ante los altos costos de la compensación médica de los trabajadores, especialmente si se considera la tendencia en aumento en los costos del cuidado de la salud. Por lo tanto, es necesario que el ingeniero de métodos incorpore los principios de diseño del trabajo en todo nuevo método, de tal manera que no sólo sea más productivo sino también más seguro y libre de riesgos para el operador. (Consulte los capítulos 4 a 7.) 1.3 Desarrollos históricos ESTÁNDARES Los estándares son el resultado inal del estudio de tiempos o de la medición del trabajo. Esta técnica establece un estándar de tiempo permitido para llevar a cabo una determinada tarea, con base en las mediciones del contenido de trabajo del método prescrito, con la debida consideración de la fatiga y retardos inevitables del personal. Los expertos en el estudio del tiempo utilizan varias técnicas para establecer un estándar: estudio cronometrado de tiempos, recolección computarizada de datos, datos estándares, sistemas de tiempos predeterminados, muestreo del trabajo y pronósticos con base en datos históricos. Cada técnica es aplicable en ciertas condiciones. Los analistas del estudio de tiempos deben saber cuándo utilizar una técnica determinada y deben utilizarla con criterio y en forma correcta. Los estándares que resulten se utilizan para implantar un esquema de pago de salarios. En muchas compañías, en particular en pequeñas empresas, la actividad de pago de salarios es llevada a cabo por el mismo grupo responsable de establecer métodos y estándares del trabajo. También, la actividad del pago de salarios se realiza conjuntamente con las personas responsables de efectuar los análisis y evaluaciones del trabajo, de tal manera que estas dos actividades íntimamente relacionadas funcionen apropiadamente. El control de la producción, la distribución de la planta, las compras, la contabilidad y control de costos y el diseño de procesos y productos son áreas adicionales relacionadas íntimamente con las funciones de los métodos y los estándares. Para operar de manera eiciente, todas estas áreas dependen de datos relacionados con tiempos y costos, hechos y procedimientos operativos provenientes del departamento de métodos y estándares. Dichas relaciones se explican brevemente en el capítulo 16. OBJETIVOS DE LOS MÉTODOS, ESTÁNDARES Y DISEÑO DEL TRABAJO Los objetivos primordiales de los métodos, estándares y diseño del trabajo son 1) incrementar la productividad y la coniabilidad en la seguridad del producto y 2) reducir los costos unitarios, lo cual permite que se produzcan más bienes y servicios de calidad para más gente. La capacidad para producir más con menos dará como resultado más trabajos para más personas por un número mayor de horas por año. Sólo a través de la aplicación inteligente de los principios de los métodos, estándares y diseño del trabajo, puede aumentar el número de fabricantes de bienes y servicios, al mismo tiempo que incrementa el potencial de compra de todos los consumidores. A través de estos principios se pueden minimizar el desempleo y los despidos, lo cual reduce el alto costo económico de mantener a la población no productiva. Los corolarios que se desprenden de los objetivos principales son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Minimizar el tiempo requerido para llevar a cabo tareas. Mejorar de manera continua la calidad y coniabilidad de productos y servicios. Conservar recursos y minimizar costos mediante la especiicación de los materiales directos e indirectos más apropiados para la producción de bienes y servicios. Considerar los costos y la disponibilidad de energía eléctrica. Maximizar la seguridad, salud y bienestar de todos los empleados. Producir con interés creciente por proteger el medio ambiente. Aplicar un programa de administración del personal que dé como resultado más interés por el trabajo y la satisfacción de cada uno de los empleados. 1.3 DESARROLLOS HISTÓRICOS EL TRABAJO DE TAYLOR Frederick W. Taylor es considerado generalmente el fundador del estudio moderno de tiempos en Estados Unidos. Sin embargo, estudios de tiempos se realizaron en Europa muchos años antes de la época de Taylor. En 1760, Jean Rodolphe Perronet, un ingeniero francés, hizo un gran número de estudios de tiempos sobre la fabricación de broches comunes número 6, mientras que 60 años más tarde, el economista inglés Charles W. Babbage efectuó estudios de tiempos acerca de la fabricación de broches comunes número 11. 7 8 CAPÍTULO 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción Taylor comenzó su trabajo acerca del estudio de tiempos en 1881, mientras era socio de Midvale Steel Company, en Filadelia. A pesar de que nació en el seno de una familia acomodada, desdeñó sus orígenes y comenzó a trabajar como aprendiz. Después de 12 años de trabajo, desarrolló un sistema basado en la “tarea”. Taylor propuso que el trabajo de cada empleado fuera planeado por la gerencia al menos con un día de anticipación. Los empleados recibirían instrucciones escritas que describían sus tareas a detalle y especiicaban los medios para realizarlas. Cada tarea debía tener un tiempo estándar determinado mediante estudios de tiempos realizados por expertos. En el proceso de asignación de tiempos, Taylor propuso dividir la tarea en pequeños fragmentos de esfuerzo conocidos como “elementos”. Los expertos medían el tiempo de dichos fragmentos en forma individual y utilizaban colectivamente los valores para determinar el tiempo permitido para cada tarea. Las primeras presentaciones de los descubrimientos de Taylor fueron recibidas sin entusiasmo, ya que muchos ingenieros interpretaron sus investigaciones como un nuevo sistema de ritmo por pieza más que una técnica para analizar el trabajo y mejorar los métodos. Tanto la gerencia como los empleados estaban escépticos sobre la utilidad del ritmo por pieza, ya que, por lo general, muchos estándares se basaban en el juicio del supervisor o eran inlados por los jefes con el in de proteger el desempeño de sus departamentos. En junio de 1903, en la reunión de Saratoga de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME, por sus siglas en inglés), Taylor presentó su famoso artículo “Shop Management”, que incluía los elementos de la administración cientíica: estudio de tiempos, estandarización de todas las herramientas y tareas, creación de un departamento de planeación, uso de reglas de cálculo e instrumentos similares para el ahorro de tiempo, tarjetas con instrucciones para los trabajadores, bonos por desempeño exitoso, salarios diferenciales así como sistemas nemotécnicos para clasiicar productos, sistemas de enrutamiento y sistemas de costos modernos. Las técnicas de Taylor fueron bien recibidas por parte de muchos gerentes de fábricas y, en 1917, de las 113 plantas que habían instalado el “sistema de administración cientíica”, 59 consideraron que ello les había signiicado todo un éxito, 20 sólo un éxito parcial y 34 que fue un fracaso (Thompson, 1917). En 1898, mientras trabajaba para la Bethlehem Steel Company (ya había renunciado a su puesto en Midvale), Taylor llevó a cabo el experimento con lingotes de hierro que se convirtió en una de las más famosas demostraciones de sus principios. Estableció el método correcto, junto con incentivos económicos, y trabajadores transportando lingotes de hierro de 92 libras a través de una rampa a un camión de carga para poder incrementar la productividad de un promedio de 12.5 toneladas/día a un rango de entre 47 y 48 toneladas/día. Este trabajo se desarrolló con un incremento salarial diario de 1.15 a 1.85 dólares. Taylor airmó que los trabajadores se desempeñaron a una mayor velocidad “sin que ninguno de ellos se rindiera, sin ninguna pelea y estuvieron más felices y más motivados”. Otro de los estudios de Taylor en Bethlehem Steel que ganó fama fue el experimento con palas. Los trabajadores que paleaban en Bethlehem eran propietarios de sus propias palas y usaban la misma para realizar cualquier tarea, desde levantar hierro pesado hasta palear carbón ligero. Después de una gran cantidad de estudios, Taylor diseñó palas que se acoplaban a diferentes cargas: palas con mango corto para el hierro, cucharas con mango largo para el carbón ligero. Como resultado, se incrementó la productividad y el costo del manejo de materiales se redujo de 8 a 3 centavos por tonelada. Otra de las famosas contribuciones de Taylor fue el descubrimiento del proceso Taylor-White para el tratamiento térmico del acero de herramientas. Mediante el estudio de aceros autoendurecidos, desarrolló una forma para endurecer acero con aleación cromo-tungsteno sin hacerla frágil, calentándola cerca de su punto de fusión. El acero de “alta velocidad” resultante aumentó a más del doble la productividad de la máquina de corte y en la actualidad continúa utilizándose en todo el mundo. Posteriormente desarrolló la ecuación de Taylor para cortar metales. No tan bien conocidas como sus contribuciones a la ingeniería es el hecho que en 1881, fue campeón de dobles en tenis de Estados Unidos. En este caso, Taylor utilizó una raqueta de apariencia extraña que había diseñado con un mango curvo en forma de cuchara. Taylor murió de neumonía en 1915 a la edad de 59 años. Para obtener más información acerca de este talentoso personaje, los autores recomiendan consultar su biografía realizada por Kanigel (1997). A principios de 1900, Estados Unidos enfrentaba un periodo inlacionario sin precedente. La eiciencia mundial había pasado de moda y la mayoría de los negocios e industrias buscaban nuevas ideas que ayudaran a mejorar su desempeño. La industria ferrocarrilera también sintió la necesidad de incrementar las tarifas de embarque de una manera sustancial con el in de solventar los aumentos 1.3 Desarrollos históricos generales de sus costos. Louis Brandeis, quien en ese entonces representaba a las asociaciones empresariales del Este de Estados Unidos, airmaba que los ferrocarriles no merecían, o que en realidad no necesitaban, el incremento debido a que habían sido negligentes, pues no habían introducido de manera oportuna la nueva “ciencia de la administración” en su sector. Brandeis airmaba que las compañías ferroviarias podrían ahorrar 1 millón de dólares al día mediante la introducción de las técnicas elaboradas por Taylor. Por lo tanto, Brandeis y la Eastern Rate Case (como se le llegó a conocer) introdujeron por primera vez los conceptos de Taylor como “administración cientíica”. En ese entonces, muchas personas que no contaban con las habilidades de Taylor, Barth, Merick y otros pioneros, estaban deseosas de hacerse famosas en este novedoso campo. Se llamaron a sí mismos “expertos en eiciencia” y se lanzaron a instalar programas de administración cientíica en la industria. Muy pronto pudieron experimentar una resistencia natural al cambio por parte de los empleados y, puesto que no estaban en posición de manejar problemas de relaciones humanas, se enfrentaron a grandes diicultades. Ansiosos por hacer un buen papel y basados sólo en un conocimiento pseudocientíico, establecieron cuotas que fueron muy difíciles de alcanzar. La situación se puso tan difícil que algunos gerentes se vieron obligados a cancelar todo el programa con la inalidad de poder continuar sus operaciones. En otros casos, los gerentes de fábricas permitían que los supervisores establecieran los estándares de tiempos , pero éstos casi nunca eran satisfactorios. Una vez que los estándares se establecieron, muchos gerentes de fábricas de ese entonces, interesados básicamente en la reducción de los costos de mano de obra, sin escrúpulos reducían los salarios; si algún empleado ganaba más de acuerdo a sus criterios, el resultado era una cantidad de trabajo mucho mayor por la misma y en ocasiones menor paga. Como es natural, estas medidas trajeron como resultado una reacción violenta por parte de los trabajadores. Estos conlictos se diseminaron por Estados Unidos a pesar de los múltiples casos de implementación favorables por Taylor. En el Watertown Arsenal, los trabajadores rechazaron a tal grado el nuevo sistema de estudio de tiempos que en 1910 la Comisión de Comercio Interestatal (ICC) tuvo que realizar una investigación acerca del método. Algunos reportes despectivos acerca del tema inluyeron para que el Congreso agregara una cláusula al presupuesto de gastos del gobierno en 1913, que disponía que ninguna parte de ese dinero se utilizaría para pagar a cualquier persona involucrada en estudio de tiempos. Esta restricción se aplicó a las plantas operadas por el gobierno donde los fondos gubernamentales se destinaban a pagar los salarios de los empleados. No fue sino hasta 1947 que la Cámara de Representantes expidió una carta que eliminaba la prohibición contra el uso de cronómetros y los estudios de tiempos. Es de interés mencionar que aún en la actualidad, el uso del cronómetro está prohibido por parte de los sindicatos en algunas instalaciones de reparación ferroviaria. También es interesante observar que el taylorismo aún sobrevive en líneas de ensamblado, en los pagos a abogados, que se calculan en fracciones de hora, y en la documentación en la que se determina lo que deben pagar los pacientes en los hospitales. ESTUDIO DE MOVIMIENTOS Y EL TRABAJO DE LOS GILBRETH Frank y Lilian Gilbreth fueron los fundadores de la técnica moderna de estudio de movimientos, la cual puede deinirse como el estudio de los movimientos corporales que se utilizan para realizar una operación, para mejorar la operación mediante la eliminación de movimientos innecesarios, simpliicación de movimientos necesarios y, posteriormente, la determinación de la secuencia de movimientos más favorable para obtener una máxima eiciencia. Originalmente, Frank Gilbreth introdujo sus ideas y ilosofías en una comercializadora de ladrillos, en la que estaba empleado. Después de introducir mejoras a los métodos a través del estudio de movimientos, incluyendo un andamio ajustable que él había inventado, así como entrenamiento al operador, pudo incrementar el número promedio de ladrillos que colocaba un trabajador a 350 por hora. Antes de los estudios de Gilbreth, 120 ladrillos por hora se consideraban una cantidad satisfactoria. Más que cualquier otra cosa, los Gilbreth fueron responsables de que la industria reconociera la importancia de un estudio detallado de los movimientos del cuerpo para incrementar la producción, reducir la fatiga y capacitar a los operadores acerca del mejor método para realizar una operación. Desarrollaron la técnica de ilmar los movimientos para estudiarlos mediante una técnica llamada 9 10 CAPÍTULO 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción estudio de los micromovimientos. El estudio de movimientos corporales a través de la ayuda de la cinematografía de baja velocidad de ninguna manera está restringido a aplicaciones industriales. Además, los Gilbreth desarrollaron las técnicas de análisis ciclográicas y cronociclográicas que se utilizan para estudiar las trayectorias de los movimientos que realiza un operador. El método ciclográico involucra la conexión de una pequeña bombilla de luz eléctrica al dedo o mano o parte del cuerpo objeto de estudio para, posteriormente, fotograiar el movimiento mientras el operador realiza la operación. La fotografía resultante proporciona un registro permanente del patrón de movimiento empleado y puede analizarse para su mejora. El método cronociclográico es similar al ciclográico, con la diferencia de que su circuito eléctrico se interrumpe regularmente lo que provoca que la luz parpadee. Por lo tanto, en lugar de mostrar líneas continuas de los patrones de movimiento, la fotografía resultante muestra pequeños periodos de luz espaciados en proporción a la velocidad del movimiento corporal que se ha fotograiado. En consecuencia, con el empleo del cronociclógrafo es posible calcular la velocidad, aceleración y desaceleración, así como estudiar los movimientos del cuerpo. El mundo del deporte ha comprobado que esta técnica de análisis, actualizada en video, es invaluable como herramienta de entrenamiento para mostrar el desarrollo de la forma y la habilidad. Como nota adicional, es probable que el lector quiera leer acerca de los extremos en las que Frank Gilbreth logró mayor eiciencia, aun en su vida personal. Su hijo e hija mayores recuerdan escenas de su padre rasurándose con navajas simultáneamente con ambas manos o utilizando ciertas señales para reunir a todos los niños, los cuales eran 12. De aquí el título de su libro Cheaper by the Dozen (Gilbreth and Gilbreth, 1948). Después de la muerte relativamente temprana de Frank a la edad de 55 años, Lillian, que había recibido un doctorado en psicología y había sido más que una colaboradora, continuó sus propias investigaciones y avanzó en el concepto de simpliicación del trabajo, especialmente el de las personas discapacitadas físicamente. Murió en 1972 a la respetable edad de 93 años (Gilbreth, 1988). PRIMEROS CONTEMPORÁNEOS Carl G. Barth, un socio de Frederick W. Taylor, desarrolló una regla de cálculo para la producción con el in de determinar las combinaciones más eicientes de velocidades de corte y alimentación para el maquinado de metales con diferentes durezas, considerando la profundidad del corte, el tamaño de la herramienta y su tiempo de vida útil. Es también famoso por su trabajo para determinar tolerancias. Investigó el número de pie-libras de trabajo que un empleado podía hacer en un día. Después desarrolló una regla que igualaba un cierto empuje o tracción en los brazos de un trabajador con la cantidad de peso que éste podía realizar en cierto porcentaje del día. Por su parte, Harrington Emerson aplicó los métodos cientíicos a las operaciones del Ferrocarril de Santa Fe y escribió el libro Twelve Principles of Eficency, en el que realizó un esfuerzo para informar a la gerencia acerca de los procedimientos para obtener una operación eiciente. Reorganizó la compañía, integró sus procedimientos de compra, instaló costos estándares y un plan de bonos y transirió el trabajo de contabilidad a las máquinas tabuladoras Hollerith. Este esfuerzo generó ahorros anuales de más de 1.5 millones de dólares y el reconocimiento de este método conocido con el nombre de ingeniería de la eiciencia. En 1917, Henry Laurence Gantt desarrolló gráicas simples que podían medir el desempeño mientras se mostraba de forma visual la programación proyectada. Esta herramienta para el control de la producción fue adoptada con entusiasmo por la industria de la construcción de barcos durante la Primera Guerra Mundial. Por primera vez, esta técnica hizo posible comparar el desempeño real con el plan original y ajustar la programación diaria de acuerdo con la capacidad, registro y los requerimientos del cliente. Gantt es conocido también por su invención de un sistema de pago de salarios que recompensaba a los trabajadores que tenían un desempeño superior al estándar, eliminaba cualquier penalización por concepto de fallas y ofrecía al jefe un bono por cada trabajador que se desempeñara por arriba del estándar. Gantt hizo hincapié en las relaciones humanas y promovió la administración cientíica a algo más que una simple “aceleración” inhumana de trabajo. El estudio de tiempos y movimientos recibió estímulos adicionales durante la Segunda Guerra Mundial cuando Franklin D. Roosevelt, a través del Departamento del Trabajo, abogó por establecer estándares para incrementar la producción. La política propuesta sostenía que una mejor paga 1.3 Desarrollos históricos estimulaba una mayor producción, pero sin aumento en los costos unitarios de mano de obra, esquemas de incentivos a negociarse de manera colectiva entre los operarios y la administración y el uso de estudio de tiempos o registros de datos pasados para establecer los estándares de producción. SURGIMIENTO DEL DISEÑO DEL TRABAJO El diseño del trabajo es una ciencia relativamente nueva que se reiere al diseño de tareas, estaciones de trabajo y del ambiente laboral para que se acoplen mejor al operador humano. Por lo general, en Estados Unidos se conoce como factores humanos, mientras que internacionalmente se denomina ergonomía, palabra que proviene de los términos griegos para trabajo (erg) y leyes (nomos). En Estados Unidos, después de los trabajos iniciales de Taylor y de los Gilbreth, la selección y entrenamiento de personal militar durante la Primera Guerra Mundial y los experimentos psicológicos industriales de la Escuela de Graduados de Harvard en Western Electric (vea los estudios Hawthorne en el capítulo 9) fueron contribuciones importantes al área del diseño del trabajo. En Europa, durante y después de la Primera Guerra Mundial, el British Industrial Fatigue Board (Consejo de Fatiga Industrial Británico) llevó a cabo numerosos estudios acerca del desempeño humano en condiciones diversas. Posteriormente, estas investigaciones se ampliaron al estrés por calor y a otras condiciones por parte del Consejo de Investigación Médica y del Almirantazgo Británico. La complejidad del equipo y aviones militares, durante la Segunda Guerra Mundial, propició el desarrollo de laboratorios de psicología en ingeniería militar en Estados Unidos y un crecimiento real de la profesión. El comienzo de la carrera espacial con el lanzamiento del Sputnik en 1957, sólo aceleró el desarrollo de los factores humanos, especialmente en los sectores aeroespacial y militar. A partir de los años setenta, este desarrollo se ha desplazado hacia el sector industrial y, más recientemente, hacia el equipo de cómputo, software amigable con el usuario y al ambiente de oicina. Otras fuerzas que han conducido al desarrollo de los factores humanos son el surgimiento de litigios acerca de la responsabilidad del producto y los daños al personal y también, desafortunadamente, grandes y trágicos desastres tecnológicos como el incidente nuclear en la isla Three-Mile y la fuga de gas en la Planta de Union Carbide en Bhopal, India. Obviamente, el desarrollo de la tecnología y las computadoras mantendrán a los especialistas en factores humanos y ergonomía ocupados en el diseño de mejores lugares de trabajo y productos así como en la mejora de la calidad de vida y trabajo por muchos años en el futuro. ORGANIZACIONES Desde 1911 se ha llevado a cabo un esfuerzo organizado por mantener a la industria al tanto de los últimos desarrollos en las técnicas iniciadas por Taylor y Gilbreth. Las organizaciones técnicas han contribuido de manera signiicativa para acercar a la ciencia del estudio de tiempos, del diseño del trabajo y de la ingeniería de métodos a los estándares actuales. En 1915, se fundó la Taylor Society para promover la ciencia de la administración, mientras que en 1917 la Sociedad de Ingenieros Industriales fue organizada por aquellas personas interesadas en los métodos de producción. Los orígenes de la Asociación Estadounidense de Administración (AMA) se remontan a 1913, cuando un grupo de gerentes de entrenamiento formaron la Asociación Nacional de Escuelas Corporativas. Sus diferentes divisiones patrocinaron cursos y publicaciones acerca de la mejora de la productividad, medición del trabajo, incentivos salariales, simpliicación del trabajo y estándares administrativos. En conjunto con la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME), la AMA otorga anualmente la medalla Memorial Gantt a la contribución más distinguida a la administración industrial como un servicio para la comunidad. La Sociedad para el Avance de la Administración (SAM) se formó en 1936 mediante la fusión de la Sociedad de Ingenieros Industriales y la Sociedad Taylor. Esta nueva organización enfatizó la importancia del estudio y método de tiempos y el pago de salarios. La industria ha utilizado las películas sobre valoración del estudio de tiempos de SAM por un periodo de varios años. SAM ofrece anualmente la Llave Taylor por contribuciones sobresalientes al avance de la ciencia de la administración y la medalla Gilbreth por el logro más sobresaliente en el campo de estudio de movimientos, habilidades y fatiga. En 1972, SAM unió sus fuerzas con la AMA. 11 12 CAPÍTULO 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción El Instituto de Ingenieros Industriales (IIE) se fundó en 1948 con el propósito de mantener la práctica de la ingeniería industrial en un nivel profesional; promover un alto grado de integridad entre los miembros de la profesión; incentivar y ayudar a la educación e investigación en áreas de interés para los ingenieros industriales; promover el intercambio de ideas e información entre miembros de la profesión (por ejemplo, mediante la publicación de la revista IIE Transactions); servir al interés público identiicando a personas caliicadas para desempeñarse como ingenieros industriales; y promover el registro profesional de ingenieros industriales. La Sociedad de la Ciencia del Trabajo del IIE (resultado de la unión de las Divisiones de Medición del Trabajo y de Ergonomía en 1994) mantiene la membresía actualizada en todas las facetas de esta área del trabajo. Anualmente esta sociedad otorga los premios Phil Carroll y el M.M. Ayoub por los logros sobresalientes en las áreas de medición del trabajo y ergonomía, respectivamente. En el área de diseño del trabajo, la primera organización profesional, la Sociedad en Investigaciones sobre Ergonomía, se fundó en el Reino Unido en 1949, que comenzó a editar la primera revista profesional, Ergonomics, en 1957. La organización profesional estadounidense The Human Factors and Ergonomics fue fundada en 1957. En los años sesenta se produjo un desarrollo muy acelerado de la sociedad, que ascendió de 500 a 3 000 miembros. En la actualidad tiene más de 5 000 miembros organizados en 20 grupos técnicos diferentes. Sus objetivos principales son 1) deinir y apoyar el desarrollo de factores humanos/ergonómicos como una disciplina cientíica y práctica mediante el intercambio de información técnica entre sus miembros; 2) educar e informar a empresas, industria y gobierno sobre los factores humanos/ergonómicos; y 3) promover los factores humanos/ergonómicos como un medio para mejorar la calidad de vida. La sociedad también publica la revista coleccionable Human Factors, e imparte conferencias anuales donde los miembros pueden conocerse e intercambiar ideas. Debido a la proliferación de las sociedades profesionales nacionales en 1959 se fundó una organización que engloba a las demás, la Asociación Internacional de Ergonomía, cuya inalidad es coordinar las actividades ergonómicas a nivel internacional. En la actualidad, existen 42 sociedades que cuentan con más de 15 000 miembros en todo el mundo. TENDENCIAS ACTUALES Los practicantes de métodos, estándares y diseño del trabajo se han dado cuenta que factores como el género, edad, salud y bienestar, tamaño físico y fortaleza, aptitud, actitudes hacia el entrenamiento, satisfacción en el trabajo y respuesta motivacional tienen un efecto directo en la productividad. Además, los analistas modernos reconocen que los trabajadores rechazan, y con justa razón, ser tratados como máquinas. A ellos les disgusta y le tienen miedo a un método puramente cientíico e inherentemente rechazan cualquier cambio en su forma actual de trabajo. Incluso la gerencia a menudo rechaza innovaciones valiosas al método tradicional debido a esa resistencia al cambio. Los trabajadores tienden a temer al estudio de métodos y tiempos, ya que perciben que los resultados implican un aumento de la productividad. Para ellos, esto signiica menos trabajo y, como consecuencia, menos paga. Se les debe vender la idea de que ellos, como consumidores, se beneician de menores costos y que mercados más grandes producen a costos menores, lo cual signiica más trabajo para más personas más semanas del año. Algunos miedos actuales acerca del estudio de tiempos se deben a experiencias desagradables con los expertos en eiciencia. Para muchos trabajadores, el estudio de tiempos y movimientos es sinónimo de acelerar el trabajo y el uso de incentivos para invitar a los empleados a obtener mayores niveles de producción. Si los nuevos niveles establecidos representaban una producción normal, los trabajadores eran forzados a obtener aún más para mantener sus ingresos anteriores. En el pasado, gerentes con poca visión y sin escrúpulos hacían uso de esta práctica. Aun en la actualidad, algunos sindicatos se oponen al establecimiento de estándares mediante mediciones, al desarrollo de índices de producción basados en la evaluación del trabajo y la aplicación de incentivos a los salarios. Dichos sindicatos creen que el tiempo permitido para llevar a cabo una tarea y la cantidad de dinero que debe pagársele a un empleado representan problemas que deben ser resueltos a través de acuerdos de negociación colectiva. Los practicantes actuales deben utilizar el método “humano”. Por lo tanto, deben ser expertos en el estudio del comportamiento humano y muy diestros en el arte de la comunicación. Deben ser 1.3 Desarrollos históricos también muy buenos oyentes, respetar las ideas y el pensamiento de los demás, particularmente del trabajador de los niveles inferiores. Deben dar crédito a quien deba darse. En realidad, deben otorgar crédito a las otras personas de manera habitual, aun si existen dudas acerca de dicho merecimiento. Asimismo, los practicantes del estudio de tiempos y movimientos deben siempre recordar la buena práctica de preguntarse todo, la cual fue destacada por los Gilbreth, Taylor y otros pioneros en este campo. La idea de que “siempre hay una manera mejor” necesita ser continuamente alentada en el desarrollo de nuevos métodos que mejoren la productividad, la calidad, la entrega, la seguridad en el trabajo y el bienestar del trabajador. En la actualidad, existe una mayor intrusión por parte de gobierno en los aspectos regulatorios de los métodos, estándares y el diseño del trabajo. Por ejemplo, los contratistas y subcontratistas de equipo militar se encuentran bajo una presión cada vez mayor para documentar los estándares de trabajos directos como resultado de la MIL-STD 1567A (versión 1975; revisada en 1983 y 1987). A cualquier compañía que se le asigne un contrato mayor de 1 millón de dólares está sujeto al estándar MIL-STD 1567A, el cual impone un plan para la medición del trabajo y procedimientos, otro para establecer y mantener estándares de ingeniería de precisión y trazabilidad conocidos, un programa para la mejora de los métodos en conjunto con estándares, otro para el uso de los estándares como un insumo para el presupuesto, las estimaciones, la planeación y la evaluación del desempeño, así como documentación detallada de los planes anteriormente mencionados. Sin embargo, este requisito se eliminó en 1995. De manera similar, en el área del diseño del trabajo, el Congreso aprobó el OSHAct que estableció el Instituto Nacional para la Salud y la Seguridad Ocupacional (NIOSH), un organismo de investigación para el desarrollo de lineamientos y estándares para la salud y seguridad del trabajador y la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA), una dependencia encargada de vigilar el mantenimiento de dichos estándares. Debido al incremento repentino de lesiones como producto de movimientos repetitivos en la industria del procesamiento de alimentos, en 1990 la OSHA estableció los Lineamientos para la Administración del Programa de Ergonomía para las Plantas Empacadoras de Carne. Disposiciones similares para la industria en general evolucionaron lentamente hasta que se aprobó inalmente el Estándar de Ergonomía de la OSHA, el cual fue irmado por el presidente Clinton en 2001. Sin embargo, la medida fue denegada poco tiempo después por parte del Congreso. Debido al creciente número de individuos con habilidades diferentes, en 1990 el Congreso aprobó la Ley para Estadounidenses con Discapacidades (ADA). Esta regulación tiene un gran efecto en todos los empleadores con 15 o más trabajadores, pues afecta prácticas de empleo tales como reclutamiento, contratación, promociones, entrenamiento, despidos, ausencias, permisos para dejar el trabajo y asignación de tareas. Mientras que la medición del trabajo se concentró en el trabajo directo, el desarrollo de métodos y estándares se han utilizado cada vez más para evaluar el trabajo indirecto. Esta tendencia continuará a medida que el número de trabajos convencionales en manufactura disminuya y el número de trabajos en el sector servicios aumente en Estados Unidos. El uso de técnicas computarizadas también continuará en crecimiento, por ejemplo, los sistemas de tiempo predeterminado como el MOST. Muchas compañías también han desarrollado software para el estudio de tiempos y muestreo del trabajo utilizando colectores electrónicos de datos para compilar la información requerida. La tabla 1.1 muestra el progreso realizado en el estudio de métodos, estándares y diseño del trabajo. RESUMEN La industria, las empresas y el gobierno están de acuerdo en que el potencial sin explotar para lograr una productividad cada vez mayor es la mejor opción para lidiar con la inlación y la competencia. La clave principal para alcanzar una mayor productividad es la aplicación continua de los principios de los métodos, estándares y del diseño del trabajo. Sólo de esta forma puede obtenerse una mayor productividad a partir del personal y de las máquinas. El gobierno de Estados Unidos ha asumido el compromiso de seguir una ilosofía cada vez más paternalista para proteger a la gente menos favorecida: hogar para el pobre, servicios médicos para las personas de edad avanzada, trabajo para las minorías, etc. Para poder pagar los costos cada vez más elevados relacionados con los impuestos del trabajo y del gobierno y aún estar dentro de la competencia, debemos obtener un mayor provecho de nuestros elementos productivos: el personal y las máquinas. 13 14 CAPÍTULO 1 Tabla 1.1 Año 1760 1820 1832 1881 1901 1903 1906 1910 1911 1912 1913 1915 1917 1923 1927 1933 1936 1945 1947 1948 1949 1957 1959 1970 1972 1975 1981 1986 1988 1990 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción Avance realizado en conexión con los métodos, estándares y el diseño del trabajo Evento Perronet realiza estudio de tiempos en broches comunes núm. 6. Charles W. Babbage realiza estudio de tiempos en broches comunes núm. 11. Charles E. Babbage publica On the Economy of Machinery and Manufactures. Frederick W. Taylor comienza el trabajo de estudio de tiempos. Henry L. Gantt desarrolla el sistema de pago por tareas e incentivos. Taylor presenta el artículo sobre la administración de compras ante el ASME. Taylor publica el artículo On the Art of Cutting Metals. La Comisión de Comercio Interestatal comienza una investigación sobre el estudio de tiempos. Gilbreth publica Motion Study. Gantt publica Work, Wages and Proits. Taylor publica el libro The Principles of Scientiic Management. Se organiza la Sociedad para la Promoción de la Ciencia de la Administración. Emerson estima que se puede ahorrar 1 millón de dólares diariamente si los ferrocarriles del este aplican la administración cientíica. Emerson publica The Twelve Principles of Eficency. El Congreso adiciona una cláusula al presupuesto del gobierno, la cual estipula que ninguna parte de dicho presupuesto podrá utilizarse para el pago de cualquier persona dedicada al trabajo del estudio de tiempos. Henry Ford instala la primera línea de ensamblado móvil en Detroit. Se forma la Sociedad Taylor con el in de reemplazar a la Sociedad para la Promoción de la Ciencia de la Administración. Frank B. y Lillian M. Gilbreth publican Applied Motion Study. Se funda la Asociación Estadounidense de Administración. Elton Mayo comienza el estudio Hawthorne en la planta Western Electric Company en Hawthorne, Illinois. Ralph M. Barnes recibe el primer doctorado otorgado en Estados Unidos en el campo de la ingeniería industrial de la Universidad Cornell. Su tesis condujo a la publicación del artículo “Motion and Time Study”. Se organiza la Sociedad para el Avance de la Administración. El Departamento del Trabajo aboga por el establecimiento de estándares para mejorar la productividad de la fabricación de suministros de guerra. Se difunde una carta donde se permite al Departamento de Guerra utilizar el estudio de tiempos. Se funda en Columbus, Ohio, el Instituto de Ingenieros Industriales. Eiji Toyoda y Taichi Ohno, de Toyota Motor Company, inventan el concepto de producción esbelta. Se elimina la prohibición del uso de cronómetros en el lenguaje salarial. En el Reino Unido se funda la Sociedad de Investigación sobre Ergonomía (en al actualidad, Sociedad de Ergonomía). Se funda en Estados Unidos la Sociedad de Factores Humanos y Ergonomía. E.J. McCormick publica Human Factors Engineering. Se funda la Asociación Internacional de Ergonomía con el in de coordinar las actividades en materia de ergonomía en todo el mundo. El congreso aprueba la OSHAct, que establece la Administración de la Salud y la Seguridad Ocupacional. La Sociedad para el Avance de la Administración se fusiona con la Asociación Estadounidense de Administración. Se emite la MIL-STD 1567 (USAF), Medición del Trabajo. Se presentan por primera vez los lineamientos de carga de NIOSH. Se termina la MIL-STD 1567A, Apéndice de la Guía de Medición del Trabajo. Se emite el estándar 100-1988 de la ANSI/HFS para la Ingeniería de los Factores Humanos de las Estaciones de Trabajo Terminales con Pantalla Visual. El Congreso aprueba la Ley para Estadounidenses con Discapacidades (ADA). Referencias Tabla 1.1 Año 1991 1995 1995 2001 2006 (continuación) Evento La OSHA ija los Lineamientos para la Administración del Programa de Ergonomía para las Plantas Empacadoras de Carne. Éstos sirven como modelo para el desarrollo de un estándar de ergonomía de la OSHA. Se revisan los lineamientos de la NIOSH para el levantamiento de cargas. Se emite el borrador del estándar Z-365 de la ANSI para el Control de Desórdenes de Trauma Acumulativos Relacionados con el Trabajo. Se cancela el MIL-STD 1567A sobre la Medición del Trabajo. El estándar sobre ergonomía de la OSHA se acepta legalmente, pero es abrogado poco después por el Congreso. Se celebra el 50 Aniversario de la Sociedad de Ergonomía y Factores Humanos. PREGUNTAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. ¿Cuál es el otro nombre que se utiliza para referirse al estudio de tiempos? ¿Cuál es el objetivo principal de la ingeniería de métodos? Haga una lista de los ocho pasos para aplicar la ingeniería de métodos. ¿Dónde se realizaron originalmente los estudios de tiempos y quién los llevó a cabo? Explique los principios de Frederick W. Taylor de la administración cientíica. ¿Qué se entiende por estudio de movimientos y quiénes son los fundadores de la técnica movimientoestudio? ¿Era comprensible el escepticismo de la administración y del personal acerca de los resultados establecidos por los “expertos en eiciencia”? Explique su respuesta. ¿Qué organizaciones se preocupan por el desarrollo de las ideas de Taylor y los Gilbreth? ¿Qué reacción psicológica es característica de los trabajadores cuando se sugieren cambios en los métodos? Explique la importancia del método humanista en el estudio de tiempos y métodos. ¿Cómo se relacionan el estudio de tiempos y la ingeniería de métodos? ¿Por qué es el diseño del trabajo un elemento importante para el estudio de métodos? ¿Qué eventos importantes han contribuido al surgimiento de la ergonomía? REFERENCIAS Barnes, Ralph M., Motion and Time Study: Design and Measurement of Work, 7a. ed., Nueva York: John Wiley & Sons, 1980. Eastman Kodak Co., Human Factors Section, Ergonomic Design for People at Work, Nueva York: Van Nostrand Reinhold, 1983. Gilbreth, F. y L. Gilbreth, Cheaper by the Dozen, Nueva York: T.W. Crowell, 1948. Gilbreth, L.M., As I Remember: An Autobiography, Norcross, GA: Engineering & Management Press, 1988. Kanigel, R., One Best Way, Nueva York: Viking, 1997. Konz, S. y S. Johnson, Work Design, 5a. ed., Scottsdale, AZ: Holcomb Hathaway, 2000. Mundell, Marvin E., Motion and Time Study: Improving Productivity, 5a. ed., Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1978. Nadler, Gerald, “The Role and Scope of Industrial Engineering”, en Handbook of Industrial Engineering, 2a. ed., Ed. Gavriel Salvendy, Nueva York: John Wiley & Sons, 1992. Niebel, Benjamin W., A History of Industrial Engineering at Penn State, University Park, PA: University Press, 1992. Salvendry, G., ed. Handbook of Human Factors, Nueva York: John Wiley & Sons, 1987. Saunders, Byron W., “The Industrial Engineering Profession”, en Handbook of Industrial Engineering, Ed. Gavriel Salvendy, Nueva York: John Wiley & Sons, 1982. Taylor, F.W., The Principles of Scientiic Management, Nueva York: Harper, 1911. Thompson, C. Bertrand, The Taylor System of Scientiic Management, Chicago: A.W. Shaw, 1917. United Nations Industrial Development Organization, Industry in the 1980s: Structural Change and Interdependence, Nueva York: United Nations, 1985. 15 16 CAPÍTULO 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción SITIOS EN INTERNET The Ergonomics Society; http://www.ergonomics.org.uk/ Human Factors and Ergonomics Society; http://hfes.org/ Institute of Industrial Engineers; http://www.iienet.org/ International Ergonomics Association; http://www.iea.cc/ OSHA; http://www.osha.gov/ CAPÍTULO 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción Herramientas para la solución de problemas CAPÍTULO 2 PUNTOS CLAVE • Seleccione el proyecto con las herramientas de exploración: análisis de Pareto, diagramas de pescado, gráicas de Gantt, gráicas PERT y guías para el análisis de trabajo/lugar de trabajo. • Obtenga y presente datos con las herramientas de registro: operación, lujo, hombre/máquina, gráicas de procesos de grupo y diagramas de lujo. • Desarrolle el método ideal con herramientas cuantitativas: relaciones hombre/máquina con servicio sincrónico y aleatorio y cálculos del balanceo de la línea. U n buen programa de ingeniería de métodos sigue un proceso en forma ordenada: comenzando con la selección del proyecto y inalizando con la implantación de éste (consulte la igura 1.3). El primero, y quizás el paso crucial tanto para el diseño de un nuevo centro de trabajo como para la mejora de una operación existente es la identiicación del problema de una manera clara y lógica. De la misma forma en que el operador utiliza herramientas tales como los micrómetros y calibradores para facilitar el trabajo, el ingeniero de métodos utiliza las herramientas apropiadas para realizar un mejor trabajo en menos tiempo. Existe una gran variedad de herramientas disponibles para la solución de problemas y cada una de ellas tiene aplicaciones especíicas. Las primeras cinco herramientas se utilizan fundamentalmente en la primera etapa del análisis de métodos, seleccionar el proyecto. El análisis de Pareto y los diagramas de pescado surgieron a partir de los círculos de calidad japoneses a principios de los años sesenta (consulte el capítulo 18) y fueron muy exitosos en la mejora de la calidad y en la reducción de costos de los procesos de fabricación. Las gráicas de Gantt y PERT surgieron durante los años cuarenta como respuesta a la necesidad de una mejor planeación de proyectos y el control de proyectos militares complejos. Sin embargo, también pueden ser muy útiles para identiicar problemas en una planta industrial. Por lo general, la selección del proyecto se basa en tres consideraciones: económica (probablemente la más importante), técnica y humana. Las consideraciones económicas pueden involucrar nuevos productos para los cuales no se han implantado estándares o productos existentes que tienen un elevado costo de manufactura. Los problemas podrían ser grandes cantidades de desperdicio o retrabajo, excesivo manejo de materiales, en términos de costo o distancia, o simplemente operaciones de “cuello de botella”. Las consideraciones técnicas pueden incluir técnicas de procesamiento que necesiten ser mejoradas, problemas de control de calidad debidos al método, o problemas de funcionamiento del producto comparado con el de la competencia. Las consideraciones humanas pueden involucrar trabajos altamente repetitivos que tengan como consecuencia lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo, un elevado índice de accidentes, tareas con excesiva fatiga o tareas acerca de las cuales los trabajadores se quejen constantemente. 17 17 18 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas Por lo general, las primeras cuatro herramientas de exploración se utilizan en la oicina del analista. La quinta herramienta, la guía para el análisis de trabajo/sitio de trabajo, permite identiicar los problemas dentro de un área en particular, departamento o sitio de trabajo y se desarrolla mejor como parte de una inspección física y observaciones en el sitio. La guía proporciona una identiicación subjetiva de factores administrativos, ambientales, de la tarea o de los empleados clave que podrían causar problemas potenciales. También identiica las herramientas adecuadas para mejorar las evaluaciones en forma más cuantitativa. El uso de la guía para el análisis del trabajo/sitio de trabajo debe ser un primer paso antes de que se recaben grandes cantidades de datos cuantitativos acerca del presente método. Las siguientes cinco herramientas, se utilizan para mantener un registro del método en cuestión, constituyen el segundo paso del análisis de métodos, obtener y presentar los datos. La información pertinente de los hechos —tales como la cantidad de producción, programación de entregas, tiempos operativos, instalaciones, capacidades de las máquinas, materiales y herramientas especiales— pueden tener un efecto importante en la solución del problema, y dicha información necesita ser registrada. (Los datos son también útiles en el tercer paso del análisis de métodos, análisis de datos.) Las tres últimas herramientas son muy útiles como un procedimiento cuantitativo en el cuarto paso del análisis de métodos, desarrollo del método ideal. Una vez que se han presentado los datos de una manera clara y precisa, se examinan de forma crítica, de tal forma que se pueda deinir e instalar el método más práctico, económico y eiciente. Por lo tanto, deben utilizarse en conjunto con las técnicas del análisis operacional descritas en el capítulo 3. Observe que la mayoría de las herramientas de los cuatro grupos pueden utilizarse fácilmente en la fase de desarrollo del análisis operacional. 2.1 HERRAMIENTAS EXPLORATORIAS ANÁLISIS DE PARETO Las áreas del problema pueden deinirse mediante una técnica desarrollada por el economista Vilfredo Pareto para explicar la concentración de la riqueza. En el análisis de Pareto, los artículos de interés son identiicados y medidos con una misma escala y luego se ordenan en orden descendente, como una distribución acumulativa. Por lo general, 20% de los artículos evaluados representan 80% o más de la actividad total; como consecuencia, esta técnica a menudo se conoce como la regla 80-20. Por ejemplo, 80% del inventario total se encuentra en sólo 20% de los artículos del inventario, o 20% de los trabajos provocan aproximadamente 80% de los accidentes (igura 2.1), o 20% de los trabajos Figura 2.1 Distribución de Pareto de accidentes industriales. Veinte por ciento de los códigos de trabajo (CUP y ABY) provocan alrededor de 80 por ciento de los accidentes. 2.1 Ambiente Intensidad Ruido Frecuencia Mantenimiento del lugar Contraste Visibilidad Alumbrado Aumento de trabajo Organización del trabajo Rotación laboral Descanso A un ritmo propio Administrativos Métodos Golpeteo Saneamiento Establecimiento Humedad Temperatura Ventilación Alcance Distribución Interferencia Máquinas 19 Materiales Pinzas Provisión de partes Gravedad Tipo de Aleación Impurezas Rigidez Calibre de la hoja Grosor Tratamiento previo Experiencia Entrenamiento Pedal de pie Habilidad Activación Rigidez en el trabajo Magnificación Botón en la palma Estereoscópico Paga Orientación Incentivos Indexado Edad Alineación Vibración Precisión Capacidad Herramientas exploratorias Quejas de los empleados Video de supervisión Visibilidad Moral Aburrimiento Personas representan 80% de los costos de compensación de los empleados. Conceptualmente, el analista de métodos concentra el mayor esfuerzo sólo en algunos pocos trabajos que generan la mayor parte de los problemas. En muchos casos, la distribución de Pareto puede transformarse en una línea recta utilizando la transformación lognormal, a partir de la cual se pueden hacer más análisis cuantitativos (Herron, 1976). DIAGRAMAS DE PESCADO Los diagramas de pescado, también conocidos como diagramas causa-efecto, fueron desarrollados por Ishikawa a principios de los años cincuenta mientras trabajaba en un proyecto de control de calidad para Kawasaki Steel Company. El método consiste en deinir la ocurrencia de un evento o problema no deseable, esto es, el efecto, como la “cabeza del pescado” y, después, identiicar los factores que contribuyen a su conformación, esto es, las causas, como las “espinas del pescado” unidas a la columna vertebral y a la cabeza del pescado. Por lo general, las principales causas se subdividen en cinco o seis categorías principales —humanas, de las máquinas, de los métodos, de los materiales, del medio ambiente, administrativas—, cada una de las cuales se subdividen en subcausas. El proceso continúa hasta que se detectan todas las causas posibles, las cuales deben incluirse en una lista. Un buen diagrama tendrá varios niveles de espinas y proporcionará un buen panorama del problema y de los factores que contribuyen a su existencia. Después, los factores se analizan de manera crítica en términos de su probable contribución a todo el problema. Es posible que este proceso también tienda a identiicar soluciones potenciales. En la igura 2.2 se muestra un ejemplo de un diagrama de pescado que se utiliza para identiicar las quejas de salud de los trabajadores en una operación de corte. Los diagramas de pescado han tenido mucho éxito en los círculos de calidad japoneses, donde se espera la contribución de todos los niveles de trabajadores y gerentes. Se puede demostrar que dichos diagramas no han tenido tanto éxito en la industria de Estados Unidos, donde la cooperación entre el trabajo y la administración puede ser menos eiciente en la producción de las soluciones y resultados deseados (Cole, 1979). DIAGRAMA DE GANTT El diagrama de Gantt constituyó probablemente la primera técnica de control y planeación de proyectos que surgió durante los años cuarenta como respuesta a la necesidad de administrar proyectos y sistemas complejos de defensa de una mejor manera. El diagrama de Gantt muestra anticipadamente de una manera simple las fechas de terminación de las diferentes actividades del proyecto en forma de barras graicadas con respecto al tiempo en el eje horizontal (igura 2.3a). Los tiempos reales de terminación se muestran mediante el sombreado de barras adecuadamente. Si se dibuja una línea vertical en una fecha determinada, usted podrá determinar qué componentes del proyecto están retrasadas o adelantadas. Por ejemplo, en la igura 2.3a, para inales del tercer mes, el trabajo de elaboración del modelo se encuentra retrasado. El diagrama de Gantt obliga al administrador del Figura 2.2 Diagrama de pescado de las quejas relacionadas con la salud de los operadores en una operación de corte. 20 Herramientas para la solución de problemas CAPÍTULO 2 Gráfica de GANTT Actividades Terminada MES Programada Búsqueda de documentación Simulaciones Construcción y evaluación de pruebas Construcción del prototipo Evaluar el prototipo, Reporte final a) Gráfica de GANTT Actividades Terminada DIA Programada Fresado Torneado Troquelado Acabados Empacado Enviado b) Figura 2.3 Ejemplo de a) una gráfica de Gantt basada en un proyecto y b) una gráfica de Gantt basada en procesos o maquinaria. proyecto a desarrollar un plan con antelación y proporciona un vistazo rápido del avance del proyecto en un momento dado. Desafortunadamente, este diagrama no siempre describe por completo la interacción entre las diferentes actividades del proyecto. Para dicho propósito, se requiere de técnicas más analíticas como los diagramas de PERT. El diagrama de Gantt se puede utilizar también para organizar la secuencia de las actividades de las máquinas en la planta. El diagrama basado en la máquina puede incluir actividades de reparación y mantenimiento marcando el periodo en el que éstas se llevarán a cabo. Por ejemplo, en la igura 2.3b, a mitad del mes, el trabajo de torneado está atrasado, mientras que la producción de la prensa está adelantada respecto de la programación. DIAGRAMAS DE PERT PERT, Program Evaluation and Review Technique, que signiica Técnica de Revisión y Evaluación de Programas. Un diagrama de PERT, también conocido como diagrama de red o método de la ruta crítica, es una herramienta de planeación y control que retrata de manera gráica la forma óptima de 2.1 Herramientas exploratorias 21 obtener un objetivo predeterminado, generalmente en términos de tiempo. Esta técnica fue utilizada por las fuerzas armadas estadounidenses para diseñar procesos tales como el desarrollo del misil Polaris y la operación de sistemas de control de submarinos nucleares. Normalmente, los analistas de métodos utilizan los diagramas de PERT para mejorar la programación mediante la reducción de los costos y la satisfacción del cliente. Cuando se utilizan los diagramas de PERT para programar, por lo general los analistas proporcionan dos o tres valores de tiempo para cada actividad. Por ejemplo, si se utilizan tres valores de tiempo, ellos se basan en las preguntas siguientes: 1. 2. 3. ¿Cuánto tiempo se necesita para llevar a cabo una actividad especíica si todo trabaja perfectamente (valor optimista)? En condiciones normales, ¿cuál sería la duración más probable de esta actividad? ¿Qué tiempo se necesita para llevar a cabo esta actividad si casi todo falla (valor pesimista)? Con estos valores, el analista puede desarrollar una distribución de probabilidad del tiempo necesario para llevar a cabo la actividad. En un diagrama de PERT, los eventos (representados mediante nodos) son posiciones en el tiempo que muestran el comienzo y término de una operación particular o grupo de operaciones. Cada operación o grupo de operaciones que se llevan a cabo en un departamento se deinen como una actividad y se llaman arcos. Cada arco tiene un número asociado que representa el tiempo (días, semanas, meses) necesario para llevar a cabo la actividad. Las actividades que no consumen tiempo ni costo, pero que sin embargo son necesarias para conservar una secuencia correcta, se llaman actividades supuestas y se muestran con líneas punteadas (actividad H en la igura 2.4). Las actividades supuestas se utilizan típicamente para indicar precedencia o dependencias debido a que, de acuerdo con las reglas, no se pueden representar dos actividades mediante el mismo nodo; es decir, cada actividad tiene un solo conjunto de nodos. El tiempo mínimo necesario para llevar a cabo todo el proyecto corresponde a la trayectoria más larga desde el nodo inicial hasta el nodo inal. El término ruta crítica de la igura 2.4 representa el tiempo mínimo necesario para llevar a cabo el proyecto y es la trayectoria más larga desde el nodo 1 al nodo 12. Mientras que existe siempre una trayectoria como ésta en cualquier proyecto, más de una trayectoria puede relejar el tiempo mínimo necesario para llevar a cabo el proyecto. Las actividades que no se encuentran a lo largo de la ruta crítica tienen cierta lexibilidad temporal. Dicha lexibilidad, o libertad, se conoce como lotación y se deine como la cantidad de tiempo que una actividad no crítica puede extenderse sin retrasar la fecha de término del proyecto. Esto implica que cuando la intención es reducir el tiempo de terminación del proyecto, llamado ruptura, es mejor concentrarse en las actividades que se encuentran en la ruta crítica que en las que se encuentran en otras rutas. Aunque la ruta crítica puede encontrarse a través de prueba y error, existe un procedimiento formal para encontrar, únicamente, la ruta crítica mediante el uso de varios conceptos de tiempo. Éstos son 1) el comienzo más temprano (ES) para cada actividad tal que todas las relaciones precedentes D-1 G-3 5 7 I-6 E5 H -0 10 N-1 6 8 11 12 M-4 C3 L- 3 3 J-2 B-2 F-4 1 P-2 A4 2 5 K- 4 O- 4 9 27 semanas Figura 2.4 Red que muestra la ruta crítica (línea gruesa). Los números dentro de círculos son nodos que representan el comienzo y el inal de las actividades que están representadas como líneas. Los valores sobre cada línea representan la duración normal de esa actividad en semanas. 22 Herramientas para la solución de problemas CAPÍTULO 2 son respetadas y 2) una terminación más temprana (EF) para esa actividad, la cual es el comienzo más temprano más el tiempo estimado para esa actividad, o E Fij = E Sij + tij donde i y j son los nodos. Por lo general, estos tiempos se calculan mediante un recorrido a través de la red, como se muestra en la tabla de red de la tabla 2.1. Observe que para una actividad que tenga dos actividades precedentes, el comienzo más cercano se calcula como el máximo de los inales previos ESij = máx (EFij) Así como existen los tiempos de comienzo y terminación, existe el comienzo más tardío (LS) y la terminación más tardía (LF), los cuales se calculan a través de un recorrido hacia atrás a través de la red. El tiempo de comienzo más tardío es el momento más tardío en el que una actividad puede comenzar sin retrasar el proyecto. Se calcula restando el tiempo de duración de la actividad del tiempo de terminación más tardío. LSij = LFij − tij Donde dos o más actividades parten de un nodo, el tiempo de terminación más tardío es el mínimo de los tiempos de comienzo más tardíos de las actividades que parten. L Fij = mín ( L Sij ) La tabla de red del diagrama de red de la igura 2.5 se proporciona en la tabla 2.1. La lotación se deine de manera formal como Flotación = LS − ES o Flotación = LF − EF Observe que todas las actividades con lotación igual a cero deinen la ruta crítica, la cual para este ejemplo es de 27 semanas. Se pueden utilizar diferentes métodos para reducir la duración de un proyecto y se puede calcular el costo de las diferentes opciones. Por ejemplo, la tabla 2.2 identiica los tiempos y costos normales así como los tiempos y costos críticos que ocurrirían si el tiempo del proyecto que se muestra en la igura 2.4 fuera acortado. Mediante el uso de esta tabla y el diagrama de la red y suponiendo que Tabla 2.1 Diagrama de red Actividad A B C D E F G H (simulada) I J K L M N O P Nodos ES EF LS LF (1, 2) (1, 3) (1, 4) (2, 5) (3, 5) (4, 6) (5, 7) (3, 6) (6, 7) (7, 8) (8, 9) (8, 10) (9, 10) (10, 11) (9, 12) (11, 12) 0 0 0 4 2 3 7 2 7 13 15 15 20 24 20 25 4 2 3 5 7 7 10 2 13 15 20 18 24 25 24 27 5 3 0 9 5 3 10 7 7 13 15 21 20 24 23 25 9 5 3 10 10 7 13 7 13 15 20 24 24 25 27 27 Flotación 4 3 0 5 3 0 3 0 0 0 0 3 0 0 3 0 2.1 Tabla 2.2 Herramientas exploratorias Valores de costo y tiempo para llevar a cabo una gran variedad de actividades en condiciones normales y críticas Actividades A B C D E F G H I J K L M N O P Nodos (1, 2) (1, 3) (1, 4) (2, 5) (3, 5) (4, 6) (5, 7) (3, 6) (6, 7) (7, 8) (8, 9) (8, 10) (9, 10) (10, 11) (9, 12) (11, 12) Normal Semanas 4 2 3 1 5 4 3 0 6 2 5 3 4 1 4 2 $ Crítica Semanas 4 000 1 200 3 600 1 000 6 000 3 200 3 000 0 7 200 1 600 3 000 3 000 1 600 700 4 400 1 600 2 1 2 0.5 3 3 2 0 4 1 3 2 3 1 2 1 $ 6 000 2 500 4 800 1 800 8 000 5 000 5 000 0 8 400 2 000 4 000 4 000 2 000 700 6 000 2 400 Costo semanal $ 1 000 1 300 1 200 1 600 1 000 1 800 2 000 — 600 400 500 1 000 400 — 800 800 Tabla 2.3 Tiempos y costos de varias alternativas de la red que se muestra en la figura 2.4 y de los datos que se proporcionan en la tabla 2.2. Calendario (semanas) Opción menos costosa 27 26 Duración normal del proyecto Actividad crítica M (o J) en una semana y un costo adicional de $400 Actividad crítica J (o M) en una semana y un costo adicional de $400 Actividad crítica K en una semana y un costo adicional de $500 Actividad crítica K en otra semana y un costo adicional de $500 Actividad crítica I en una semana y un costo adicional de $600 Actividad crítica I en otra semana y un costo adicional de $600 Actividad crítica P en una semana y un costo adicional de $800 Actividad crítica C en una semana y un costo adicional de $1 200 25 24 23 22 21 20 19 Total de semanas ganadas Costo total adicional 0 1 0 400 2 800 3 1 300 4 1 800 5 2 400 5 3 000 7 3 800 8 5 000 existiera una relación lineal entre el tiempo y el costo por semana, se podrían calcular las diferentes alternativas que se muestran en la tabla 2.3. Observe que, a las 19 semanas, se desarrolla una segunda ruta crítica a través de los nodos 1, 3, 5 y 7 y que cualquier ruptura adicional necesitará considerar ambas rutas. GUÍA PARA EL ANÁLISIS DE TRABAJO-SITIO DE TRABAJO La guía para el análisis del trabajo-sitio de trabajo (vea la igura 2.5) identiica los problemas dentro de un área, departamento o sitio de trabajo en particular. Antes de recabar datos cuantitativos, el 23 24 Herramientas para la solución de problemas CAPÍTULO 2 Guía para el análisis del trabajo/lugar de trabajo Trabajo-sitio de trabajo Descripción Analista AF CALENTADO FINAL Fecha 1-27 INSERCIÓN DE VAPOR A TRAVÉS DE UN CANAL Factores del trabajador Remítase a Nombre: Motivación: Alta Edad: 42 Media Sexo: M F Altura 6’ Satisfacción en el trabajo: Alta Baja Nivel de educación: Algunos estudios superiores, Estudios superiores, Universitarios Nivel de destreza: Alta Media Media Peso 180 Baja Baja Equipo de protección personal: Gafas de protección, Máscara, Zapatos de seguridad, Tapones en los oídos, Otras: GUANTES, MANGAS Factores de la tarea ¿Qué pasa? ¿Cómo fluyen las partes hacia adentro/afuera? Diagramas de flujo de procesos CONDUCTO DESDE LA BANDA HASTA LA MÁQUINA DE INSERCIÓN, DESPUÉS EL SELLADOR, DESPUÉS DE NUEVO A LA BANDA ¿Qué tipos de movimientos están involucrados? LEVANTAMIENTO REPETITIVO, CAMINAR, MOVER Análisis del video, Principios de economía de movimiento ¿Existen soportes o monturas para la operación? ¿Automatización? SÍ, PARA COLOCAR EL CONDUCTO Y PROCESOS BÁSICOS, NINGUNO PARA LEVANTAR CARGAS ¿Se utilizan herramientas? NO Lista de verificación para evaluar las herramientas ¿El lugar de trabajo se encuentra bien diseñado? ¿Hay distancias grandes? Lista de verificación para evaluar la estación de trabajo ES NECESARIO CAMINAR UN POCO Y TODO ESTÁ AL ALCANCE DEL TRABAJADOR ¿Se presentan movimientos irregulares de dedos o muñecas? ¿Con qué frecuencia? NO CTD (ÍNDICE DE RIESGO) ¿Existe algún levantamiento de cargas? SÍ, CONDUCTORES PESADOS DE VIDRIO Análisis de levantamiento NIOSH, modelo UM2D ¿Está fatigado el trabajador? ¿Carga de trabajo físico? ALGO, POCO Análisis del ritmo cardiaco. Tiempos de descanso permitidos ¿Existen entradas sensoriales, procesamiento de información, tomas de decisiones o carga de Lista de verificación para evaluar el trabajo cognitivo, Listas de verifitrabajo mental? MÍNIMO cación del diseño de pantallas ¿Qué duración tiene cada ciclo? ¿Cuál es el tiempo estándar? APROX. MINUTO Y MEDIO Estudio de tiempos. Lista de verificación MTM-2 Factores del ambiente de trabajo Lista de veriicación del ambiente de trabajo ¿Es aceptable la iluminación? ¿Hay reflejos? SÍ, NO Valores recomendados del IESNA ¿Es aceptable el nivel de ruido? NO, SE REQUIEREN TAPONES PARA LOS OÍDOS Niveles OSHA ¿Existe tensión por calor? SÍ WBGT ¿Existe vibración? Estándares ISO NO Comentarios: Factores administrativos ¿Existen incentivos salariales? NO ¿Hay rotación en el trabajo? ¿Ampliación del horario de trabajo? SÍ, NO ¿Se imparte entrenamiento o instrucción acerca del trabajo? SÍ ¿Cuáles son las políticas administrativas generales? ? Figura 2.5 Guía para el análisis del trabajo-lugar de trabajo de un trabajo rudo en una planta de fabricación de televisores. 2.2 Herramientas de registro y análisis analista primero debe recorrer el área y observar al trabajador, la tarea, el lugar de trabajo y el ambiente laboral circundante. Además, el analista debe identiicar cualquier factor administrativo que pueda afectar el comportamiento o desempeño del trabajador. Todos estos factores proporcionan una perspectiva general de la situación y sirven como guía al analista en el uso de otras herramientas más cuantitativas para recabar y analizar los datos. El ejemplo de la igura 2.5 muestra la aplicación de la guía de análisis del trabajo/lugar de trabajo en una operación crítica en un complejo de manufactura de televisores. Dentro de los aspectos clave se incluyen las cargas pesadas, la resistencia al calor y la exposición al ruido. 2.2 HERRAMIENTAS DE REGISTRO Y ANÁLISIS GRÁFICA DEL PROCESO OPERATIVO La gráica del proceso operativo muestra la secuencia cronológica de todas las operaciones, inspecciones, tiempos permitidos y materiales que se utilizan en un proceso de manufactura o de negocios, desde la llegada de la materia prima hasta el empaquetado del producto terminado. La gráica muestra la entrada de todos los componentes y subensambles al ensamble principal. De la misma manera como un esquema muestra detalles de diseño tales como partes, tolerancias y especiicaciones, la gráica del proceso operativo ofrece detalles de la manufactura y del negocio con sólo echar un vistazo. Se utilizan dos símbolos para construir la gráica del proceso operativo: un pequeño círculo representa una operación y un pequeño cuadrado representa una inspección. Una operación se lleva a cabo cuando una parte bajo estudio se transforma intencionalmente, o cuando se estudia o se planea antes de que se realice cualquier trabajo productivo en dicha parte. Una inspección se realiza cuando la parte es examinada para determinar su cumplimiento con un estándar. Observe que algunos analistas preieren describir sólo las operaciones, por lo que al resultado le llaman gráica de la descripción del proceso. Antes de comenzar la construcción real de la gráica de procesos operativos, los analistas identiican la gráica por medio del título —Gráica del proceso operativo—, e información adicional como el número de parte, número de plano, descripción del proceso, método actual o propuesto, fecha y nombre de la persona que elaboró la gráica. Dentro de la información adicional se pueden incluir datos tales como el número de gráica, la planta, el ediicio y el departamento. Las líneas verticales indican el lujo general del proceso a medida que se realiza el trabajo, mientras que las líneas horizontales que alimentan a las líneas de lujo vertical indican materiales, ya sea comprados o elaborados durante el proceso. Las partes se muestran como ingresando a una línea vertical para ensamblado o abandonando una línea vertical para desensamblado. Los materiales que son desensamblados o extraídos se representan mediante líneas horizontales de materiales y se dibujan a la derecha de la línea de lujo vertical, mientras que los materiales de ensamblado se muestran mediante líneas horizontales dibujadas a la izquierda de la línea de lujo vertical. En general, el diagrama del proceso operativo se construye de tal manera que las líneas de lujo verticales y las líneas de materiales horizontales no se crucen. Si es estrictamente necesario el cruce de una línea vertical con una horizontal, se debe utilizar la convención para mostrar que no se presenta ninguna conexión; esto es, dibujar un pequeño semicírculo en la línea horizontal en el punto donde la línea vertical lo cruce (vea la igura 2.6). Los valores del tiempo, basados en estimaciones o en mediciones reales, pueden asignarse a cada operación o inspección. En la igura 2.7 se muestra un diagrama típico de proceso operativo completo que ilustra la fabricación de bases para teléfono. El diagrama de proceso operativo terminado ayuda a los analistas a visualizar el método en curso, con todos sus detalles, de tal forma que se pueden identiicar nuevos y mejores procedimientos. Este diagrama muestra a los analistas qué efecto tendrá un cambio en una determinada operación en las operaciones precedentes y subsecuentes. Es muy usual lograr 30% de reducción de tiempo mediante el uso de los principios del análisis de operaciones (vea el capítulo 3) en conjunto con el diagrama de procesos operativos, el cual sugiere inevitablemente posibilidades para la mejora. Asimismo, puesto que cada etapa se muestra en su secuencia cronológica apropiada, el diagrama en sí mismo constituye una distribución ideal de la planta. En consecuencia, los analistas de métodos 25 26 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas Unión Sin unión Línea de flujo vertical Línea de flujo vertical Línea de conexión horizontal Rutas alternas Línea de conexión horizontal Retrabajo 01 Figura 2.6 Convenciones de los diagramas de flujo. consideran esta herramienta extremadamente útil para desarrollar nuevas distribuciones y mejorar las existentes. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO En general, el diagrama de lujo del proceso cuenta con mucho mayor detalle que el diagrama del proceso operativo. Como consecuencia, no se aplica generalmente a todos los ensambles, sino que a cada componente de un ensamble. El diagrama de lujo del proceso es particularmente útil para registrar los costos ocultos no productivos como, por ejemplo, las distancias recorridas, los retrasos y los almacenamientos temporales. Una vez que estos periodos no productivos se identiican, los analistas pueden tomar medidas para minimizarlos y, por ende, reducir sus costos. Además de registrar operaciones e inspecciones, los diagramas de lujo de procesos muestran todos los retrasos de movimientos y almacenamiento a los que se expone un artículo a medida que recorre la planta. Los diagramas de lujo de procesos, por lo tanto, necesitan varios símbolos además de los de operación e inspección que se utilizan en los diagramas de procesos operativos. Una lecha pequeña signiica transporte, el cual puede deinirse como mover un objeto de un lugar a otro excepto cuando el movimiento se lleva a cabo durante el curso normal de una operación o inspección. Una letra D mayúscula representa un retraso, el cual se presenta cuando una parte no puede ser procesada inmediatamente en la próxima estación de trabajo. Un triángulo equilátero parado en su vértice signiica almacenamiento, el cual se presenta cuando una parte se guarda y protege en un determinado lugar para que nadie la remueva sin autorización. Estos cinco símbolos (vea la igura 2.8) constituyen el conjunto estándar de símbolos que se utilizan en los diagramas de lujo de procesos (ASME, 1974). En ciertas ocasiones, algunos otros símbolos no estándar pueden utilizarse para señalar operaciones administrativas o de papeleo u operaciones combinadas, como se muestra en la igura 2.9. Dos tipos de diagramas de lujo se utilizan actualmente: de productos o materiales (vea la igura 2.10, preparación de publicidad directa por correo) y de personas u operativos (vea igura 2.11, personal de servicio que inspeccionan unidades de campo LUX). El diagrama de producto proporciona los detalles de los eventos que involucran un producto o un material, mientras que el diagrama de lujo operativo muestra a detalle cómo lleva a cabo una persona una secuencia de operaciones. De la misma forma que el diagrama de procesos de operación, el diagrama de lujo del proceso se identiica mediante un título —Diagrama de lujo de procesos—, y la información adicional que lo acompaña que generalmente incluye el número de parte, el número de diagrama, la descripción del proceso, el método actual o propuesto, la fecha y el nombre de la persona que elaboró el diagrama. Dentro de la información adicional que puede ser útil para identiicar totalmente el trabajo que se 2.2 27 Herramientas de registro y análisis Diagrama de procesos operativos Tipo de fabricación 2834421 Bases para teléfono. Método actual Parte 2834421 Diagrama No. SK2834421 Dibujado por B.W.N. 4-12Patas (4 Reg'd) Dibujo 2834421-3 2 1/2"⫻2 1/2"⫻16" Arce blanco Umbrales (4 Reg'd) Dibujo 2834421-2 1 1/2"⫻3"⫻12" Pino amarillo .09 min. 0-12 Cortar a una longitud estimada .08 min. 0-6 .30 " 0-3 Unir los dos extremos .15 " .32 " 0-4 Plano a la medida .11 " 0-5 Cortar a la longitud final D.W. Ins. Verificar todas las 3 dimensiones .28 min. 0-16 Poner arena sobre el artículo Dibujo desde arriba 2834421-1 1 1/2"⫻14"⫻14" Arce blanco Cortar a una longitud estimada .13 min. 0-1 Cortar a una longitud estimada 0-7 Unir los dos extremos .23 " 0-2 Unir los dos extremos .30 " 0-8 Plano a la medida .32 " 0-3 Plano a la medida .10 " 0-9 Cortar a la longitud final .18 " 0-4 Cortar a la longitud final D.W. Ins. Verificar todas las 2 dimensiones D.W. Ins. Verificar todas las 1 dimensiones .25 min. 0-10 Poner arena sobre el artículo .50 min. 0-5 Poner arena sobre el artículo 2.00 min. 0-11 Ensamblar cuatro umbrales hacia arriba 3.25 min. 0-17 Ensamblar las patas totalmente 8 Tornillos de madera con cabeza ranurada de 1 ½” Pc. 416412 D.W. Ins. Terminar la 4 inspección Limpiar la laca #173-111 1.15 min. 0-18 .75 " Pistola con laca #115-309 0-19 Término de la tarea de arenar 1.15 min. 0-20 D.W. Resumen: Evento Operaciones Inspecciones Número Tiempo 20 5 17.58 minutos Trabajo de día Pintar una capa de laca Pintar una capa de laca Ins. Inspeccionar el acabado 5 Figura 2.7 Diagrama de procesos operativos que muestran la fabricación de estaciones para teléfonos. está realizando se encuentra la planta, ediicio o departamento; el número de diagrama; la cantidad; y el costo. El analista debe describir cada evento del proceso, encerrar en un círculo el símbolo adecuado del diagrama del proceso e indicar los tiempos asignados para los procesos o retrasos y las distancias de transporte. Después tiene que conectar los símbolos de eventos consecutivos con una línea vertical. La columna del lado derecho proporciona suiciente espacio para que el analista incorpore comentarios o haga recomendaciones que conduzcan a cambios en el futuro. Para determinar la distancia desplazada, no es necesario que el analista mida cada movimiento de una manera precisa con una cinta o una regla de 6 pies. Se obtiene un valor lo suicientemente correcto si se cuenta el número de columnas que el material se desplaza y luego se multiplica dicho número, menor a 1, por la distancia entre columnas. Los desplazamientos de 5 pies o menores por lo general no se registran; sin embargo, pueden registrarse si el analista considera que afectan el costo total del método que se está graicando. En el diagrama se deben incluir todos los retrasos y tiempos de almacenamiento. A medida que una parte permanezca más tiempo en almacenamiento o se retrasa, mayor será el costo que acumule así como el tiempo que el cliente tendrá que esperar para la entrega. Por lo tanto, es importante saber cuánto tiempo consume una parte por cada retraso o almacenamiento. El método más económico 28 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas Operación Un círculo grande indica una operación, como Clavar Mezclar Taladrar orificio Mover material mediante un carro Mover material mediante una banda transportadora Mover material transportándolo (mediante un mensajero) Materia prima en algún almacenamiento masivo Producto terminado apilado sobre tarimas Archiveros para proteger documentación Esperar un elevador Material en un camión o sobre el piso en una tarima esperando a ser procesado Examinar material para ver si está bien en cuanto a cantidad y calidad Leer el medidor de vapor en el quemador Transporte Una flecha indica transporte, como Almacenamiento Un triángulo representa almacenamiento, como Retrasos Una letra D mayúscula indica un retraso, como Documentos en espera a ser archivados Inspección Figura 2.8 Conjunto de símbolos de diagrama de proceso de acuerdo con el estándar ASME. Un cuadrado indica inspección, como Se generó un registro. Figura 2.9 Símbolos no estándares de los diagramas de procesos. Se tomó una decisión. Se llevó a cabo una inspección en conjunto con una operación. Analizar las formas impresas para obtener información Se agregó información a un registro. Una operación y un transporte se llevaron a cabo de manera simultánea. para determinar la duración de los retrasos y almacenamientos es mediante el marcado de varias partes con un gis, que indique el tiempo exacto durante el cual se almacenaron o se retrasaron. Después es necesario veriicar periódicamente la sección para ver cuándo entraron de nuevo a producción las partes marcadas. Se veriica un número de veces, se registra el tiempo consumido y luego se promedian los resultados, y así, los analistas pueden obtener valores de tiempo suicientemente precisos. El diagrama de lujo del proceso, de la misma forma que el diagrama de procesos operativos, no es el inal en sí mismo; es sólo un medio para llegar al inal. Esta herramienta facilita la eliminación o reducción de los costos ocultos de un componente. Puesto que el diagrama de lujo muestra claramente todos los transportes, retrasos y almacenamientos, la información que ofrece puede dar como consecuencia una reducción en la cantidad y la duración de estos elementos. Asimismo, puesto que las distancias se encuentran registradas en el diagrama de lujo del proceso, este diagrama es excepcionalmente valioso para mostrar cómo puede mejorarse la distribución de una planta. En el capítulo 3 se describen estas técnicas con más detalle. 2.2 Diagrama de flujo del proceso Página 1 de 1 Resumen Ubicación: Dorben Ad Agency Evento Actividad: Preparación de anuncios por correo directo Fecha 1-26-98 Presente Propuesto Ahorros Operación Operador: J.S. Analista: A. F. Transporte Encierre en un círculo el método y tipo apropiados Retrasos Método: Presente Inspección Tipo: 29 Herramientas de registro y análisis Propuesto Trabajador Material Máquina Almacenamiento Comentarios: Tiempo (min) Distancia (pies) Costo Descripción de los eventos Símbolo Tiempo (en minutos) Distancia (en pies) Recomendaciones al método Cuarto con la existencia de materiales Hacia el cuarto de recopilación Ordenar los estantes por tipo Ordenar cuatro hojas Apilar Hacia el cuarto de doblado Empujar, doblar, rayar Apilar Colocar la engrapadora Poner la grapa Apilar Hacia el cuarto del correo Colocar la dirección A la bolsa del correo Figura 2.10 Diagrama de flujo de procesos (material) para la preparación de correo publicitario directo. DIAGRAMA DE FLUJO O RECORRIDO A pesar de que el diagrama de lujo del proceso proporciona la mayor parte de la información pertinente relacionada con un proceso de manufactura, no muestra un plan pictórico del lujo del trabajo. A veces esta información es útil para desarrollar un nuevo método. Por ejemplo, antes de que se pueda reducir un transporte, el analista necesita observar o visualizar dónde hay suiciente espacio para construir una instalación de tal manera que la distancia de transporte puede acortarse. De la misma forma, es de utilidad visualizar las áreas potenciales de almacenamiento temporal o permanente, las estaciones de inspección y los puntos de trabajo. La mejor manera de proporcionar esta información es conseguir un diagrama de las áreas de la planta involucradas y después bosquejar las líneas de lujo, es decir, indicar el movimiento del material de una actividad a la otra. El diagrama de lujo o recorrido es una representación gráica de la distribución de los pisos y ediicios que muestra la ubicación de todas las actividades en el diagrama de lujo del proceso. Cuando los analistas elaboran un diagrama de lujo o recorrido, identiican cada actividad mediante símbolos y números correspondientes a los que aparecen en el diagrama de lujo del proceso. La dirección del lujo se indica colocando pequeñas lechas periódicamente a lo largo de las líneas de lujo. Se pueden utilizar colores diferentes para indicar líneas de lujo en más de una parte. 30 Herramientas para la solución de problemas CAPÍTULO 2 Diagrama de flujo del proceso Página 1 de 1 Resumen Ubicación: Dorben Co. Evento Actividad: Inspección en campo de LUX Fecha: 4-17-97 Operador: T. Smith Analista: R. Ruhf Encierre en un círculo el método y tipo apropiados Método: Tipo: Presente Trabajador Presente Propuesto Ahorros Operación Retrasos Propuesto Material Transporte Inspección Máquina Almacenamiento Comentarios Tiempo (min) Distancia (pies) Costo Descripción de los eventos Bajarse del vehículo, caminar hacia la puerta frontal, tocar el timbre. Símbolo Tiempo (en minutos) Distancia (en pies) Recomendaciones al método Llamar a casa con antelación para reducir la espera. Esperar, entrar a la casa. Caminar hacia el depósito en el campo. Desconectar el depósito de la unidad. Inspeccionar si hay abolladuras, rupturas en el envoltorio, vidrio roto o hardware faltante. Esto puede hacerse mientras se camina de regreso al vehículo. Limpiar la unidad con un limpiador y desinfectante aprobado. Esto puede hacerse de una manera más eficiente en el vehículo. Regresar al vehículo con el tanque vacío. Quitar el seguro del vehículo, colocar el tanque vacío en su base y conectar el hardware. Abrir la válvula; comenzar a llenar. Esperar a que se llene el tanque. Limpiar la unidad mientras se está llenando. Verificar que el humidificador funcione correctamente. Eliminar. No es necesario hacer esto dos veces. Verificar la presión (indicador). Verificar el contenido del tanque (indicador). Regresar con el paciente con el tanque lleno. Conectar al tanque lleno. Verificar que el humidificador funcione correctamente. Esperar al paciente para retirar la cánula nasal o máscara facial. Figura 2.11 Diagrama de flujo del proceso (trabajador) para la inspección en campo de LUX. Instalar una nueva cánula nasal o máscara facial. Verificar los flujos del paciente. Colocar la etiqueta con la inspección inicial y la fecha. Llevar a cabo esta tarea mientras la unidad se está llenando. Regresar al vehículo. La igura 2.12 muestra un diagrama de recorrido hecho en conjunto con un diagrama de lujo de procesos con el in de mejorar la producción del rile Garand (M1) de la Armería Springield. Esta representación gráica, junto con un diagrama de lujo de procesos, dio como consecuencia ahorros que incrementaron la producción de 500 cañones de rile por turno a 3 600 con el mismo número de empleados. La igura 2.13 muestra el diagrama de recorrido de la distribución revisada. El diagrama de recorrido representa un complemento útil del diagrama de lujo de procesos debido a que indica el camino hacia atrás y las áreas posibles de congestión de tráico y facilita el desarrollo de una coniguración ideal de la planta. DIAGRAMAS DE PROCESOS HOMBRE-MÁQUINA El diagrama de procesos hombre-máquina se utiliza para estudiar, analizar y mejorar una estación de trabajo a la vez. El diagrama muestra la relación de tiempo exacta entre el ciclo de trabajo de la persona y el ciclo de operación de la máquina. Estos hechos pueden conducir a una utilización más completa del tiempo del trabajador y de la máquina así como a obtener un mejor balance del ciclo de trabajo. Banca de enjuague Banca de inspección A Prensa de taladro 7 Banca de rebaba 22 Almacenamiento de cañones 4 B 8 3 Desagüe Tanque de aceite Almacenamiento de cañones Elevador Almacenamiento de cañones Plataforma Tanque de estacionamiento Almacenamiento de cañones C 5 1 Banca de pulido 6 Figura 2.12 Diagrama de flujo de la distribución antigua de un grupo de operaciones del rifle Garand. (La sección sombreada de la planta representa el espacio total necesario para la distribución revisada [igura 2.13]. Ésta representa 40% de ahorro de espacio.) Almacenamiento de cañones Banca Tanque de enjuague Plataforma de embarque Tanque de cromado Almacenamiento de cañones Banca de pulido 31 Herramientas de registro y análisis 2.2 Muchas máquinas herramienta son totalmente automáticas (la máquina de tornillo automático) o semiautomáticas (el torno de torreta). Con este tipo de equipos, el operador muy a menudo está desocupado en una parte del ciclo. La utilización de este tiempo ocioso puede incrementar las ganancias del operador y mejorar la eiciencia de la producción. La práctica de hacer que un empleado maneje más de una máquina se conoce como acoplamiento de máquinas. Debido a que los sindicatos se podrían resistir a aceptar este concepto, la mejor manera de “vender” el acoplamiento de máquinas es demostrar la oportunidad de obtener ganancias adicionales. Puesto que el acoplamiento de máquinas aumenta el porcentaje de “tiempo de esfuerzo” durante el ciclo de operación, son posibles mayores incentivos si la compañía trabaja con base en un plan de pago de incentivos. También se obtienen ganancias base mayores cuando se pone en práctica el acoplamiento de máquinas, puesto que el operador tiene una mayor responsabilidad y puede ejercer un esfuerzo mental y físico mayores. Cuando se elabora el diagrama de procesos hombre-máquina, en primer lugar el analista debe identiicar el diagrama con un título tal como Diagrama de procesos hombre-máquina. Información adicional acerca de la identiicación podría incluir el número de parte, el número de diagrama, la descripción de la operación, el método actual o propuesto, la fecha y el número de la persona que elabora el diagrama. En razón de que los diagramas hombre-máquina se dibujan siempre a escala, el analista debe seleccionar una distancia en pulgadas o centímetros para estar de acuerdo con una unidad de tiempo Prensa del taladro Plataforma Tanque de estacionamiento 2 Inspección de la banca 3 A Cabeza de velocidad 4 Máquina de estampado Tanque B Desagüe Banda transportadora Tanque de 1 enjuague caliente Máquinas pulidoras Mesa con un bote de pegamento 5 6 Horno de secado de rueda Emery 7 Figura 2.13 Diagrama de flujo de la distribución revisada de un grupo de operaciones del rifle Garand M1. 32 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas tal que el diagrama pueda distribuirse adecuadamente. A medida que el tiempo del ciclo de la operación que se analiza sea mayor, la distancia por minuto decimal será más corta. Una vez que se han establecido los valores exactos de la distancia, en pulgadas o centímetros por unidad de tiempo, el diagrama puede comenzar. El lado izquierdo muestra las operaciones y el tiempo para el empleado, mientras que el derecho muestra el tiempo trabajado y el tiempo ocioso de la máquina o máquinas. Una línea continua que se dibuja verticalmente representa el tiempo de trabajo del empleado. Un corte en la línea trabajo-tiempo vertical signiica tiempo ocioso. De la misma manera, una línea vertical continua por debajo de cada encabezado de máquina indica el tiempo de operación de la máquina y un corte en la línea vertical de la máquina señala el tiempo ocioso de ésta. Una línea punteada por debajo de la columna máquina indica el tiempo de carga y de descarga de la máquina, durante el cual la máquina no está ociosa ni en operación (vea la igura 2.14). El analista debe elaborar diagramas de todos los elementos de tiempo ocioso y ocupado tanto del trabajador como de la máquina a lo largo de la terminación del ciclo. La parte inferior del diagrama muestra el tiempo de trabajo total y el tiempo ocioso total del trabajador así como el tiempo de trabajo total y el tiempo ocioso de cada máquina. El tiempo productivo más el tiempo ocioso del trabajador debe ser igual al tiempo productivo más el tiempo ocioso de cada máquina con la que él opera. Es necesario contar con valores elementales de tiempo precisos antes de que el diagrama del trabajador y la máquina puedan construirse. Dichos valores deben representar tiempos estándar que incluyan una tolerancia aceptable para la fatiga, retrasos inevitables y retardos del personal (consulte el capítulo 11 para obtener más detalles). El analista nunca debe utilizar lecturas generales del cronómetro para elaborar el diagrama. El diagrama de proceso hombre-máquina terminado muestra claramente la áreas en las que ocurre el tiempo ocioso de máquina y el tiempo ocioso del trabajador. Por lo general, estas áreas son un buen lugar para comenzar a llevar a cabo mejoras. Sin embargo, el analista también debe comparar el costo de la máquina ociosa con el del trabajador ocioso. Es sólo cuando se considera el costo total que el analista puede recomendar con seguridad un método por encima de otro. En la siguiente sección se presentan las consideraciones económicas. DIAGRAMAS DE PROCESOS DE GRUPO El diagrama de procesos de grupo es, en un sentido, una adaptación del diagrama hombre-máquina. El diagrama de procesos hombre-máquina determina el número de máquinas más económico que un trabajador puede operar. Sin embargo, varios procesos e instalaciones son de tal magnitud que en lugar de que un solo trabajador opere varias máquinas, es necesaria la participación de varios trabajadores para operar una sola máquina de manera eiciente. El diagrama de procesos de grupo muestra la relación exacta entre los ciclos ociosos y operativos de la máquina y los tiempos ociosos y operativos por ciclo de los trabajadores que operan dicha máquina. Este diagrama revela las posibilidades de mejora mediante la reducción de los tiempos ociosos tanto para la máquina como el operador. La igura 2.15 muestra un diagrama de proceso de grupo de un proceso en el que un gran número de horas de trabajo están ociosas, hasta 18.4 horas por turno de 8 horas. El diagrama también muestra que la compañía emplea dos o más operadores de los necesarios. Mediante la reubicación de algunos de los controles del proceso, la compañía pudo reasignar los elementos de trabajo por lo que cuatro trabajadores en lugar de seis pudieron operar de manera eiciente la máquina de extrusión. En el diagrama de procesos de grupo de la igura 2.16 se muestra una mejor operación del mismo proceso. Se alcanzaron ahorros de 16 horas por turno a través del uso de este diagrama. 2.3 HERRAMIENTAS CUANTITATIVAS: RELACIONES ENTRE EL OPERADOR Y LA MÁQUINA A pesar de que el diagrama de procesos hombre-máquina puede ilustrar el número de equipo que puede asignarse a un operador, a veces dicho número puede calcularse en mucho menor tiempo a través del desarrollo de un modelo matemático. La relación entre el operador y la máquina es, en general, de uno de estos tres tipos: 1) servicio sincrónico, 2) servicio totalmente aleatorio, y 3) una combinación de servicios sincrónico y aleatorio. 2.3 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina 33 Diagrama del proceso del trabajador y de la máquina Tema del diagrama Dibujo núm. Fresado de ranura en el sujetador de un regulador J-1 4 9 2 Diagrama No. Parte núm. J - 1 4 9 2 - 1 Propuesto Diagrama del método Diagramado por C.A. Anderson Comienzo del diagrama Carga de máquinas para fresado Término del diagrama Descarga de los sujetadores fresados Descripción del elemento .0004 Regresar la mesa de la máquina núm. 1, 5 pulgadas .0010 Aflojar las mordazas, remover la parte y dejarla a un lado (máquina núm. 1) .0010 Recoger la parte y apretar las mordazas de la máquina núm. 1 .0018 Arrancar máquina núm. 1 .0004 Avanzar la mesa y operar la alimentación de la máquina núm. 1 .0010 Caminar hacia la máquina núm. 2 .0011 Detener la máquina núm. 2 .0004 Mesa de retorno máquina núm. 2 5 pulgadas .0010 Aflojar las mordazas de la máquina, quitar la parte y dejarla a un lado (máquina núm. 2) .0010 8-27 Fecha Hoja 1 B.&S. Hor. Mill B.&S. Hor. Mill Máquina 1 Máquina 2 Operador Parar la máquina núm. 1 807 de 1 Unloading .0024 Mill slot Loading .0040 .0032 Idle Recoger la parte y apretar las mordazas de la máquina núm. 2 .0018 Poner en marcha máquina núm. 2 .0004 Avanzar la mesa y operar la alimentación de la máquina núm. 2 .0010 Caminar hacia la máquina núm. 1 .0011 Tiempo ocioso por ciclo Tiempo de hombres trabajando por ciclo Horas hombre por ciclo .0000 .0134 .0134 Mill slot .0040 Unloading .0024 Loading .0032 Idle Horas ociosas de la máquina núm. 1 Horas productivas de la máquina núm. 1 Tiempo del ciclo de la máquina núm. 1 Horas ociosas máquina núm. 2 Horas productivas máquina núm. 2 Tiempo de ciclo de la máquina núm. 2 .0038 .0096 .0134 .0038 .0096 .0134 Figura 2.14 Diagrama de proceso del trabajador y de la máquina para la operación de una fresadora. SERVICIO SINCRÓNICO La asignación de más de una máquina a un operador casi siempre resulta en el caso ideal, donde tanto el operador como la máquina están ocupados durante todo el ciclo. Dichos casos ideales se conocen como servicio sincrónico, y el número de máquina que se asignará puede calcularse como n⫽ l⫹m l donde n = número de máquinas asignadas al operador l = tiempo total de carga y descarga (servicio) por máquina m = tiempo total de operación de la máquina (alimentación automática de energía) Por ejemplo, suponga un tiempo total de un ciclo de 4 minutos para fabricar un producto, medido desde el comienzo de la descarga del producto anteriormente terminado hasta el inal del tiempo de ciclo de la máquina. El servicio del operador, que incluye la descarga del producto terminado y la 34 DIAGRAMA DE PROCESOS DE GRUPO DEL MÉTODO ACTUAL Extrusión hidráulica Departamento de prensado II Planta de Bellefonte, Pa. Dibujado por B.W.N. 4-15Diagrama núm. G-85 MÁQUINA OPERACIÓN ASISTENTE DEL OPERADOR DE LA PRENSA OPERADOR DE LA PRENSA TIEMPO Elevar el acantonamiento Colocar el acantonamiento Colocar la prueba OPERACIÓN Elevar el acantonamiento Colocar el acantonamiento Colocar la prueba .07 .08 .04 .05 Aumentar la presión TIEMPO OPERACIÓN Engrasar el dado y ponerlo en la cabeza del dado .07 .08 HOMBRE DEL HORNO TIEMPO TIEMPO .12 Disponer los acantonamientos en el horno .04 .05 Aumentar la presión OPERACIÓN .20 OPERACIÓN TIEMPO Colocar la carcasa en una pequeña prensa .10 Presionar el maniquí fuera de la carcasa .12 Tiempo ocioso Extruir .45 OPERACIÓN TIEMPO Alejarse de la pequeña prensa y colocar pinzas a un lado .12 OPERACIÓN TIEMPO Jalar la varilla hacia el estante de enfriado .20 Caminar de regreso hacia la prensa Deshacerse de la carcasa Extruir HOMBRE ENCARGADO DE LA REMOCIÓN ASISTENTE DEL GOLPEADOR DE LA PRUEBA GOLPEADOR DE LA PRUEBA .68 Tiempo ocioso .45 .51 Deshacerse de la prueba y dejar a un lado las pinzas .15 .18 .12 Tiempo ocioso .68 Tomar la varilla con las pinzas y sacarla .45 Abrir el dado .06 Abrir el dado .06 Aflojar y sacar la carcasa .10 Aflojar y sacar la carcasa .10 Sacar el eje y cerrar el dado de la punta .15 Sacar el eje y cerrar el dado de la punta .15 Ocioso Sacar la punta y la carcasa Cortar la varilla de la carcasa Mover el dado del extremo de la varilla .11 Abrir la puerta del horno y quitar el acantonamiento .04 .05 Insertar el acantonamiento del horno y cerrar la puerta del horno .43 .19 .10 Tomar las pinzas y colocarse en posición Guiar la carcasa de la máquina de corte a la pequeña prensa .20 Enderezar el extremo de la varilla con un mazo .11 .09 Sostener la varilla mientras se quita el dado de la prensa .05 Tiempo de trabajo 1.00 min. 1.00 min. .32 min. .49 min. .57 min. .32 min. 1.00 min. Tiempo ocioso 0 0 .68 " .51 " .43 " .68 " 0 " " Tiempo ocioso = 2.30 horas-hombre por ciclo = 18.4 horas-hombre por día de 8 horas. Figura 2.15 Diagrama de procesos de grupo del método de operación actual correspondiente a un proceso de extrusión hidráulico. " 2.3 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina 35 DIAGRAMA DE PROCESOS DE GRUPO. MÉTODO PROPUESTO Prensa de extrusión hidráulica dept. II Planta de Bellefonte, Pa. Elaborado por B.W.N 4-15 Diagrama G-85 MÁQUINA OPERACIÓN ASISTENTE DEL OPERADOR DE LA PRENSA MÁQUINA TIEMPO OPERACIÓN TIEMPO OPERACIÓN TIEMPO OPERACIÓN Elevar el acantonamiento .07 Elevar el acantonamiento .07 Engrasar el dado y ponerlo en la punta del dado Colocar el acantonamiento Colocar la prueba Aumentar la presión .08 .04 .05 Colocar el acantonamiento Colocar la prueba Aumentar la presión .08 .04 .05 Extruir .45 Extruir .45 .12 .10 Caminar hacia el horno Arreglar el acantonamiento en el horno .05 Presionar la prueba fuera de la concha .12 .20 Disponer de la carcasa .18 Regresar a la prensa .05 Deshacerse de la prueba y dejar a un lado las pinzas .09 Abrir la puerta del horno y quitar el acantonamiento .06 Abrir el dado .06 Aflojar y sacar la carcasa .10 Aflojar y sacar la carcasa .10 Sacar el eje y cerrar el dado de la punta Tiempo de trabajo Tiempo ocioso .15 Sacar el eje y cerrar el dado de la punta 1.00 min. 0 .15 TIEMPO OPERACIÓN Colocar la carcasa en una pequeña prensa Tiempo ocioso Abrir el dado HOMBRE GOLPEADOR ENCARGADO DE DE LA PRUEBA LA REMOCIÓN Insertar el acantonamiento del horno y cerrar la puerta del horno Trabajar la punta y la carcasa Desprender la varilla de la carcasa Jalar el dado fuera del extremo de la varilla 1.00 min. 0 .19 Tiempo ocioso .23 Tomar las pinzas y colocarse en posición .05 .10 .11 .04 .12 Guiar la carcasa de la máquina de corte a la pequeña prensa .05 .91 min. .09 min. .20 TIEMPO Jalar la varilla hacia el estante de enfriado .20 Caminar de regreso hacia la prensa .15 Tomar la varilla con las pinzas y sacarla .45 Enderezar el extremo de la varilla con un mazo Sostener la varilla mientras se quita el dado de la prensa .77 min. .23 min. .11 .09 1.00 min. 0 Figura 2.16 Diagrama de proceso de grupo del método de operación propuesto para un proceso de extrusión hidráulico. carga de la materia prima, es de 1 minuto, mientras que el tiempo del ciclo de la máquina automática es de 3 minutos. El servicio sincrónico daría como resultado la asignación de 1⫹3 ⫽ 4 máquinas 1 De manera gráica, esta asignación parecería como se muestra en la igura 2.17, donde el operador se desplaza a la segunda máquina una vez que la primera ha recibido servicio. Para cuando se le ha dado servicio a la cuarta máquina, el operador necesitará regresar a la primera máquina para atenderla, puesto que el ciclo automático de la máquina habrá acabado justamente en ese momento. Si el número de máquinas aumenta en este caso, se presentará interferencia entre máquinas y se tendrá una situación en la que una o más instalaciones estarán ociosas en una parte del ciclo de trabajo. Si el número de máquinas se reduce a algún número menor a 4, el operador estará ocioso en una parte del ciclo. En dichos casos, el costo mínimo total por pieza generalmente representa el criterio para una operación máxima. Una diicultad adicional se presenta debido a la existencia de condiciones menos ideales. Es posible que el operador necesite caminar entre las máquinas o limpiarlas y ajustarlas. Este tiempo del operador también necesita tomarse en cuenta con base en el costo de cada máquina ociosa y el costo por hora del operador. El número de máquinas que a un operador debe asignársele en condiciones realistas puede recalcularse mediante el número entero menor a partir de la ecuación revisada: n⫽ n1 ⱕ l⫹m l⫹w donde n1 = número entero más bajo w = tiempo total del trabajador (por lo general, cuando no interactúa directamente con la máquina, es el tiempo que emplea cuando se dirige caminando a la máquina siguiente). El tiempo del ciclo cuando el operador está trabajando n1 máquinas es l + m, puesto que, en este caso, el operador no está ocupado todo el ciclo, pero el equipo se encuentra ocupado durante el ciclo completo. 36 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas Figura 2.17 Asignación de servicio sincrónico para un operador y cuatro máquinas. Utilizando n1, podemos calcular el costo total esperado (TEC) de la manera siguiente: TEC N1 +1
L
L M M 
+1 N1 N1+2
L N1 N1+2  M (1) donde: TEC = costo total esperado por unidad de producción de una máquina K1 = salario del operador por unidad de tiempo K2 = costo de la máquina por unidad de tiempo Después de que se ha calculado este costo, se debe calcular el costo con n1 + 1 máquinas asignadas al operador. En este caso, el tiempo del ciclo está gobernado por el ciclo de trabajo del operador, puesto que existe cierto tiempo de máquina ocioso. El tiempo del ciclo es ahora de (n1 1)(l w). Sea n2 n1 1. Entonces, el costo esperado total con n2 equipos es TEC N2
+1 
N2 
L
L W 
+1 W
+2 
N2 
N2 
L N2 W N2+2  (2) El número de máquinas asignadas depende de que n1 o n2 produzcan el costo esperado total más bajo por pieza. EJEMPLO 2.1 Servicio sincrónico Un operador emplea 1 minuto para dar servicio a una máquina y 0.1 minuto para llegar caminando a la siguiente. Cada máquina trabaja automáticamente durante 3 minutos, el operador gana 10.00 dólares/hora y la operación de las máquinas cuesta 20.00 dólares/hora. ¿Cuántas máquinas puede servir el operador? El número óptimo de máquinas que el operador puede servir es n = (l + m )/( l + w) = (1 + 3) /(1 + 0 .1) = 3 .6 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina 2.3 Debido a que el número es fraccionario, nos deja dos opciones. Al operador pueden asignársele 3 máquinas (opción 1), en cuyo caso estará ocioso parte del tiempo. O pueden asignársele 4 máquinas (opción 2), en cuyo caso serán las máquinas la que estarán ociosas parte del tiempo. La mejor opción podría estar basada en la economía de la situación, esto es, en el costo mínimo por unidad. En la opción 1, el costo de producción esperado a partir de la ecuación (1) es (dividido entre 60 para convertir las horas a minutos)
L TEC3 M 
+1 N1+2 N1
1 3 
10 20 
360  3 $1.556unidad Un plan alterno consiste en calcular la velocidad de producción R por hora: 60 R⫽ ⫻ n1 l⫹m La velocidad de producción se basa en que las máquinas representan el factor limitante (es decir, el trabajador está ocioso a veces) y en que las máquinas producen una unidad por máquina por ciclo total de 4.0 minutos (1.0 minutos de tiempo de servicio, 3.0 minutos de tiempo máquina). Con 3 máquinas que trabajen 60 min/h, la velocidad de producción es 60 2 1 3 3 45 unidadesh En consecuencia, el costo esperado es el costo de la mano de obra y de las máquinas dividido entre la velocidad de producción: TEC3
+1 N1+2 2 W 
+1 N2+2 
10 3 20  45 $1.556unidad En la opción 2, el costo de producción esperado, a partir de la ecuación (2) es TEC4
1
1 0.1
10 4 20 60 $1.65unidad En el método alterno, la velocidad de producción se basa en el supuesto de que el trabajador es el factor limitante (es decir, las máquinas están ociosas todo el tiempo). Puesto que el operador puede producir una unidad por ciclo de 1.1 minutos (tiempo de servicio de 1.0 minuto y 0.1 minutos de tiempo de desplazamiento), la velocidad de producción (R) por hora de un método alterno es 2 60 1 60 1.1 W 54.54 unidadesh Por lo tanto, el costo esperado es el costo de las máquinas y la mano de obra dividido entre la velocidad de producción:
+1 TEC4 N1+2 2
10 4 20 54.54 $1.65unidades Basado en el costo mínimo, la coniguración con tres máquinas es la mejor. Sin embargo, si existe una demanda del mercado a precios de venta atractivos, las ganancias pueden maximizarse mediante el uso de una coniguración con cuatro máquinas. Observe también que en este ejemplo, con un tiempo de desplazamiento de 0.1 minutos, la producción disminuye respecto a su valor ideal de 60 unidades/minuto (consulte la igura de la página 40). Observe el efecto de reducir el tiempo de carga/descarga de 1 minuto a 0.9 minutos, una cantidad relativamente pequeña. El número óptimo de máquinas que el operador puede servir ahora es de
L N M
L W
0.9 3 
0.9 0.1 3.9 Aunque el número es aún fraccionario, es muy cercano a 4, una cantidad realista. Si se le asignan al operador tres máquinas (opción 1), estará ocioso una gran parte del tiempo, aumentando de 0.7 a 0.9 minutos o casi 25% del tiempo. El costo de producción esperado a partir de la ecuación (1) es (incluye el número 60 para convertir horas en minutos) TEC3
L M 
+1 $1.517unidades N1+2  N1
0.9 El método alterno nos da una velocidad de producción de 3 
10 3 20 
360 37 38 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas 2 L 60 M N1 60 3.9 3 46.15 unidadesh El costo esperado es el costo de las máquinas y la mano de obra dividido entre la velocidad de producción: TEC3
+1 N1+2  2
10 3 20 46.5 $1.517 unidad Si al trabajador se le asigna el número más realista de 4 máquinas (opción 2), el tiempo ocioso de la máquina más costosa disminuye de 0.4 a 0.1 minutos. El costo de producción esperado a partir de la ecuación (2) es TEC4 ⫽ 1 l ⫹ w 2 1K1 ⫹ n2K2 2 ⫽ 10.9 ⫹ 0.1 2 110 ⫹ 4 ⫻ 20 2 >60 ⫽ $1.50>unidad El plan alterno nos da una velocidad de producción R por hora de R⫽ 60 60 ⫽ 60 unidades>h ⫽ 1.0 l⫹w El costo esperado es el costo de la mano de obra y de las máquinas dividido entre la velocidad de producción: TEC4 ⫽ 1K1 ⫹ n1K2 2>R ⫽ 110 ⫹ 4 ⫻ 20 2 >60 ⫽ $1.50>unidad Con base en el costo más bajo y al tiempo ocioso mínimo, la coniguración con 4 máquinas es la mejor. Observe que una reducción de 10% del tiempo de carga/descarga (de 1 a 0.9 minutos) nos genera varias mejoras positivas: • Un aumento de 10% en la producción (60 comparado con 54.54 unidades/hora). • Una reducción del tiempo ocioso del operador de 0.7 min (17.5% del tiempo del ciclo) en el primer escenario a 0.1 minutos de las máquinas en el segundo escenario. • Una disminución de 3.6% en los costos unitarios de 1.556 a 1.50 dólares por unidad. 2.3 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina Esto demuestra la importancia de reducir el tiempo de carga o el de coniguración de la máquina, tema que se analizará con más detalle en el capítulo 3. Observe también que la reducción del tiempo de desplazamiento en una cantidad comparable (0.1 minutos el cual, en este caso, lo elimina totalmente) resulta en el caso ideal que se muestra más adelante o en el de la igura 2.17 con el mismo costo unitario de 1.50 dólares. 39 40 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas SERVICIO ALEATORIO Las situaciones de servicio totalmente aleatorio son aquellos casos en los que no se conoce cuándo se debe proporcionar servicio o cuánto tiempo dura el servicio a un equipo. Por lo general, los valores promedio se conocen o pueden ser determinados; con dichos promedios, las leyes de probabilidad pueden proporcionar una herramienta útil para determinar el número de máquinas que se debe asignar a un solo operador. Los términos sucesivos de la expansión binomial proporcionan una aproximación útil de la probabilidad de 0, 1, 2, 3,…, n máquinas fuera de operación (donde el valor de n es relativamente pequeño), suponiendo que cada máquina está fuera de servicio en tiempos aleatorios durante el día y que la probabilidad de que estén fuera de servicio sea p y la probabilidad de que estén en operación sea q = 1 – p. Cada término de la expansión binomial puede representarse como una probabilidad m (de n) máquinas fuera de servicio: 0
M de N N! M!
N M ! PMQN M Como ejemplo, determinemos la proporción mínima de tiempo de máquina perdido de varios tornos de torreta asignados a un operador donde la máquina promedio trabaja sin prestársele atención 60% del tiempo. El tiempo de atención del operador (la máquina está fuera de servicio o requiere servicio) a intervalos irregulares es 40% en promedio. El analista estima que deben asignarse tres tornos de torreta por operador en este tipo de trabajo. En esta coniguración, la probabilidad de que m (de n) máquinas estén fuera de servicio será como sigue: 2.3 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina Máquinas fuera de servicio m 0 1 2 3 Probabilidad 3! 0!
3 0!
0.40 
0.63  3!
0.41 
0.62  1!
3 1 ! 3! 2!
3 2!
0.42 
0.61  3!
0.43 
0.60  3!
3 3 !
1
1 
0.216 0.216
3
0.4 
0.36
3
0.16 
0.6 0.432 0.288
1
0.064 
1 0.064 Mediante el uso de este método puede determinarse la proporción del tiempo en la que algunas máquinas estarán fuera de servicio y el tiempo perdido resultante de un operador de tres máquinas puede calcularse fácilmente. En este ejemplo, tenemos lo siguiente: Núm. de máquinas fuera de servicio Horas máquina perdidas en un día de 8 horas Probabilidad 0 1 2 3 0.216 0.432 0.288 0.064 _____ 1.000 (0.288)(8) (2)(0.064)(8) 0 0* 2.304 1.024 3.328 *Puesto que sólo una máquina está fuera de servicio a la vez, el operador puede atender la máquina que está en esa situación. 3.328 24.0 Proporción del tiempo perdido por máquina 13.9 por ciento Se pueden hacer cálculos similares en el caso de más o menos asignaciones de máquinas, con el in de determinar la asignación que da como resultado el menor tiempo fuera de servicio de éstas. La asignación más satisfactoria es generalmente la coniguración que tenga el menor costo total esperado por pieza, mientras que el costo esperado total por pieza de una coniguración dada se calcula mediante la expresión TEC donde K1 = K2 = n= R= N+2 +1 2 velocidad del operador en horas velocidad de la máquina en horas número de máquinas asignadas velocidad de producción, piezas de n máquinas por hora La velocidad de producción, en piezas por hora, de n máquinas se calcula con el tiempo promedio de máquina que se requiere por pieza, el tiempo promedio de servicio de máquina por pieza y el tiempo muerto esperado o tiempo perdido por hora. Por ejemplo, con la ayuda de un operador al que se le han asignado cinco máquinas, un analista puede determinar que el tiempo de maquinado por pieza fue de 0.82 h, el tiempo de servicio a la máquina por pieza fue de 0.17 horas y el tiempo perdido por máquina fue en promedio de 0.11 horas por hora. Por lo tanto, cada máquina estuvo disponible para realizar trabajo productivo solamente 0.89 horas cada hora. El tiempo promedio que se necesita para producir una pieza por máquina será de 0.82 ⫹ 0.17 ⫽ 1.11 0.89 41 42 Herramientas para la solución de problemas CAPÍTULO 2 Por lo tanto, las cinco máquinas producirán 4.5 piezas por hora. Con un costo operador-hora de $12 y un costo hora-máquina de $22, tenemos un costo total esperado por pieza de $12.00 ⫹ 51$22.002 4.5 EJEMPLO 2.2 ⫽ $27.11 Servicio aleatorio Un operador debe dar servicio a tres máquinas que tienen un tiempo fuera de servicio esperado de 40%. Cuando está trabajando, cada máquina puede producir 60 unidades/hora. Al operador se le paga $10.00/hora y una máquina cuesta $60.00/hora. ¿Vale la pena contratar a otro operador para que mantenga a las máquinas en operación? Caso A. Un operador Máquinas fuera de servicio m Probabilidad Horas máquina perdidas por día de 8 horas 0 3! 10.42 0 10.62 3 ⫽ 0.216 0! 3! 0 1 3! 10.4 2 1 10.62 2 ⫽ 0.432 1! 2! 0 2 3! 10.42 2 10.62 1 ⫽ 0.288 2! 1! 0.288 ⫻ 8 ⫽ 2.304 3 3! 10.4 2 3 10.62 0 ⫽ 0.064 3! 0! 0.064 ⫻ 16 ⫽ 1.024 Considerando que en un día de 8 horas se pierden un total de 3.328 horas productivas (2.304 + 1.024), sólo pueden producirse 1 240.3 unidades (20.672 × 60) a un promedio de 155.04 por hora. El costo unitario es TEC ⫽ 110 ⫹ 3 ⫻ 60 2 >155.04 ⫽ $1.23>unidad Caso B. Dos operadores Máquinas fuera de servicio m Probabilidad Horas máquina perdidas por día de 8 horas 0 3! 10.4 2 0 10.62 3 ⫽ 0.216 0! 3! 0 1 3! 10.4 2 1 10.62 2 ⫽ 0.432 1! 2! 0 2 3! 10.42 2 10.6 2 1 ⫽ 0.288 2! 1! 0 3 3! 10.42 3 10.62 0 ⫽ 0.064 3! 0! 0.064 ⫻ 8 ⫽ 0.512 Hay un mejoramiento considerable del caso A. Puesto que sólo se pierden 0.512 horas de producción en un día de 8 horas, la producción aumenta a 1 409.28 unidades (23.488 × 60), esto es, a un promedio de 176.16 por hora. El costo unitario es TEC ⫽ 12 ⫻ 10 ⫹ 3 ⫻ 60 2>176.16 ⫽ $1.14>unidad 2.3 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina Por lo tanto, es más eiciente desde el punto de vista económico contratar a otro operador y mantener las máquinas en operación. Observe que contratar a un tercer operador para mantener las tres máquinas operando todo el tiempo no sería eiciente desde el punto de vista de las economías que se podrían obtener. Aunque la producción total aumenta marginalmente, el costo total aumenta más y el costo unitario se calcula como sigue TEC ⫽ 13 ⫻ 10 ⫹ 3 ⫻ 60 2 >180 ⫽ $1.17>unidad RELACIONES COMPLEJAS Las combinaciones de servicio sincrónico y aleatorio son quizás el tipo más común de relación entre operador y máquina. En este caso, el tiempo de servicio es relativamente constante, a pesar de que las máquinas son operadas de manera aleatoria. Además, se supone que el tiempo entre fallas tiene una distribución particular. A medida que el número de máquinas aumenta y la relación entre el operador y la máquina se hace más compleja, la interferencia con la máquina y, como consecuencia, el tiempo de retardo, aumentan. En la práctica, la interferencia con la máquina predominantemente representa de 10 a 30% del tiempo total de trabajo, con valores extremos de hasta 50%. Se han desarrollado varios métodos para lidiar con dichas situaciones. Uno de ellos supone una carga de trabajo esperada por el operador basada en el número de máquinas asignadas y en los tiempos promedio de operación de las máquinas y los tiempos promedios de servicio. Para un total de hasta seis máquinas, se recomienda el uso de las curvas empíricas que se muestran en la igura 2.18. Para siete o más máquinas, puede utilizarse la fórmula de Wright (Wright, Dubai y Freeman, 1936): donde I ⫽ 505 2冤11 ⫹ X ⫺ N2 2 ⫹ 2N冥 ⫺ 11 ⫹ X ⫺ N2 6 I = interferencia, expresada como el porcentaje del tiempo medio de servicio X = relación entre el tiempo promedio de operación de la máquina y el tiempo promedio de servicio de la máquina N = número de máquinas asignadas a un operador En el ejemplo 2.3 se muestra una aplicación de esta fórmula. N 100 80 60 =5 =6 N N = 4 40 N = 3 Interferencia entre máquinas expresada como porcentaje del tiempo de servicio (I) 200 20 N = 2 10 8 6 4 Figura 2.18 2 1 1 2 4 6 8 10 20 40 Relación entre el tiempo de máquina y el tiempo de servicio (X) 60 100 La interferencia entre máquinas expresada como porcentaje del tiempo de servicio cuando el número de máquinas asignadas a un operador es seis o menor. 43 44 CAPÍTULO 2 EJEMPLO 2.3 Herramientas para la solución de problemas Cálculo del tiempo de interferencia con las máquinas En la producción de plumas, a un operador se le asignan 60 ejes. El tiempo promedio de operación de la máquina por paquete, determinado mediante un estudio con cronómetro, es de 150 minutos. El tiempo promedio estándar de servicio por paquete, también desarrollado mediante un estudio de tiempos, es de 3 minutos. El cálculo de la interferencia con la máquina, expresado como un porcentaje del tiempo promedio de atención del operador es ) 50

1 50 3 11 ) 50

1 ) 1.159% 8 150 3.00 50 .2
1 2. 2 60 2 602  120
1 120 8 11 50 .  150 3.00 60  60 2 4 Por lo tanto, tendremos Tiempo de operación de la máquina 150.0 min Tiempo de servicio 3.0 min Tiempo de interferencia con la máquina 11.6 × 3.0 = 34.8 min Mediante el uso de la teoría de colas, y bajo el supuesto de que el lapso de tiempo entre los tiempos muertos tiene una distribución exponencial, Ashcroft (1950) extendió el método anterior y desarrolló tablas para determinar los tiempos de interferencia de las máquinas. Dichos tiempos se muestran en la tabla A3-13 (apéndice 3) y proporcionan valores de tiempo de operación de las máquinas y de tiempo de interferencia entre ellas para valores de la relación de servicio k: K LM donde l = tiempo de servicio m = tiempo de operación de las máquinas El tiempo total del ciclo para producir una pieza es C M L I donde c = tiempo total del ciclo i = tiempo de interferencia con las máquinas Observe que los valores del tiempo de operación de la máquina y el tiempo de interferencia entre máquinas de la tabla A3-13 están dados como porcentaje del tiempo total del ciclo. Además, cualquier tiempo de desplazamiento o tiempo de trabajador w debe incluirse como parte del tiempo de servicio. El ejemplo 2.4 muestra el método de Ashcroft para calcular el tiempo de interferencia con las máquinas. EJEMPLO 2.4 Cálculo de la interferencia entre máquinas mediante el uso del método de Ashcroft En referencia al ejemplo 2.3: K 3150 LM . 60 0.02 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina 2.3 De la tabla A3-13, del apéndice 3, con tiempo de servicio exponencial y k = 0.02 y N = 60, tenemos un tiempo de interferencia entre máquinas de 16.8% del tiempo del ciclo. Tenemos Ti = 0.168c, donde c es el tiempo del ciclo para producir una unidad por eje. Entonces, C M C 150 0.832C 153 L I 3.00 0.168C 184 minutos C y 4I 0.168C 30.9 minutos El tiempo de interferencia calculado mediante la ecuación (34.8 minutos, ejemplo 2.3) coincide en buena medida con el desarrollado aquí mediante el modelo de la teoría de colas. Sin embargo, a medida que n (el número de máquinas asignadas) es menor, la diferencia proporcional entre las dos técnicas aumenta. BALANCEO DE LÍNEA El problema de determinar el número ideal de operadores que se deben asignar a una línea de producción es análogo al que se presenta cuando se desea calcular el número de operadores que se deben asignar a una estación de trabajo; el diagrama de procesos de grupo resuelve ambos problemas. Quizá la situación de balanceo de línea más elemental, que se encuentra muy a menudo, es uno en el que varios operadores, cada uno de los cuales lleva a cabo operaciones consecutivas, trabajan como si fueran uno solo. En dicha situación, la velocidad de producción depende del operador más lento. Por ejemplo, tenemos una línea con cinco operadores que ensamblan montajes de hule enlazados antes de entrar al proceso de curado. Las tareas especíicas del trabajo podrían ser las siguientes: Operador 1, 0.52 minutos: operador 2, 0.48 minutos; operador 3, 0.65 minutos; operador 4, 0.41 minutos; operador 5, 0.55 minutos. El operador 3 establece el paso, como lo evidencia lo siguiente: Operador Minutos estándar para llevar a cabo la operación 1 2 3 4 5 Totales Tiempo de espera con base en el operador más lento 0.52 0.48 0.65 0.41 0.55 ____ 2.61 0.13 0.17 — 0.24 0.10 Tiempo estándar (minutos) 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 ____ 3.25 La eiciencia de esta línea puede calcularse como la relación entre la cantidad de minutos estándar reales y el total de minutos estándar permitidos, es decir  SM 5 % 1 5  AM 100 2.61 3.25 1 donde E = eiciencia SM = minutos estándar por operación AM = minutos estándar permitidos por operación 100 80% 45 46 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas Los detalles acerca de los tiempos estándar se analizarán en el capítulo 9. Algunos analistas preieren considerar el tiempo ocioso en porcentaje (% ocioso): %ocioso 100 % 20% En una situación de la vida real similar a este ejemplo, existe la oportunidad de lograr ahorros signiicativos. Si un analista puede ahorrar 0.10 minutos en el operador 3, los ahorros totales por ciclo no son de 0.10 minutos, sino que son de 0.10 × 5, esto es, 0.50 minutos. Sólo en las situaciones más inusuales podría existir una línea perfectamente balanceada; esto es, los minutos estándar para llevar a cabo una operación serían idénticos para cada miembro del equipo. Los “minutos estándar para llevar a cabo una operación” en realidad no es un estándar. Es sólo un estándar para la persona que lo estableció. Por lo tanto, en nuestro ejemplo, donde el operador 3 tiene un tiempo estándar de 0.65 minutos para llevar a cabo la primera operación, un analista de medición de trabajo diferente pudo haber asignado un valor tan pequeño como 0.61 minutos o tan grande como 0.69 minutos. El rango de estándares establecidos por diferentes analistas de medición del trabajo acerca de la misma operación puede ser aún mayor que el rango sugerido. La cuestión es que ya sea que el estándar generado haya sido de 0.61, 0.65 o 0.69, el operador típico consciente debió haber tenido un poco de diicultad para cumplir con el estándar. De hecho, el operador probablemente mejorará el estándar en vista del desempeño de los operadores de la línea con menor contenido de trabajo en sus asignaciones. Los operadores que tienen un tiempo de espera basado en la producción del operador más lento casi nunca están esperando. En lugar de eso, reducen el tiempo de sus movimientos para utilizar el número de minutos estándar establecido por el operador más lento. El número de operadores necesarios para ijar la velocidad de producción requerida puede calcularse mediante . donde 2 h AM 2 h SM % N = número de operadores necesarios en la línea R = velocidad de producción que se desea Por ejemplo, suponga que tenemos un nuevo diseño para el cual deseamos establecer una línea de ensamblado. Están involucradas ocho operaciones distintas. La línea debe producir 700 unidades diarias (o 700/480 = 1.458 unidades/minuto), y debido a que queremos minimizar el almacenamiento, no deseamos producir más de 700 unidades/día. Las ocho operaciones involucran los minutos estándar siguientes con base en datos estándares existentes: Operación 1, 1.25 minutos; operación 2, 1.38 minutos; operación 3, 2.58 minutos; operación 4, 3.84 minutos; operación 5, 1.27 minutos; operación 6, 1.29 minutos; operación 7, 2.48 minutos; y operación 8, 1.28 minutos. Para planear esta línea de ensamblado con el in de lograr la coniguración más económica, calculamos el número de operadores que se requieren para un nivel de eiciencia determinado (idealmente, 100%), de la manera siguiente: . 1.458
1.25 1.281.00 1.38 2.58 3.84 1.27 1.29 2.48 22.4 Para obtener una eiciencia más realista de 95%, el número de operadores debe ser de 22.4/0.95 = 23.6. Puesto que es imposible tener seis décimas de operador, es necesario conigurar la línea utilizando 24 operadores. Un método alterno sería utilizar operadores a tiempo parcial que trabajen por hora. A continuación calculamos el número de operadores que se utilizarán en cada una de las ochos operaciones especíicas. Puesto que se requieren de 700 unidades de trabajo al día, será necesario producir 1 unidad en aproximadamente 0.685 minutos (480/700). Calculamos el número de operadores necesarios para cada operación dividiendo el número de minutos permitidos para producir una pieza entre los minutos estándar para cada operación, de la manera siguiente: 2.3 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina Operación Minutos estándar Operación 1 Operación 2 Operación 3 Operación 4 Operación 5 Operación 6 Operación 7 Operación 8 1.25 1.38 2.58 3.84 1.27 1.29 2.48 1.28 Total Minutos estándar Minutos/unidad Número de operadores 1.83 2.02 3.77 5.62 1.86 1.88 3.62 1.87 2 2 4 6 2 2 4 2 15.37 24 Para identiicar la operación más lenta, dividimos el número estimado de operadores entre los minutos estándar asignados a cada una de las ocho operaciones. Los resultados se muestran en la tabla siguiente. Operación 1 Operación 2 Operación 3 Operación 4 Operación 5 Operación 6 Operación 7 Operación 8 1.25 2 1.38 2 2.584 3.846 1.272 1.292 2.484 1.282 0.625 0.690 0.645 0.640 0.635 0.645 0.620 0.640 Por lo tanto, la operación 2 determina la salida de la línea. En este caso, ésta es 2 trabajadores r 60 minutos  87 piezas o 696 piezasdía 1.38 minutos estándar Si este ritmo de producción no es adecuado, se necesitará incrementar el ritmo de producción del operador 2, objetivo que puede lograrse mediante 1. 2. 3. 4. Uno o ambos operarios trabajen en la segunda operación tiempo extra, lo que acumula un pequeño inventario en esta estación de trabajo. Mediante el empleo de los servicios de un tercer operador de tiempo parcial en la estación de trabajo de la operación 2. A través de la reasignación de parte del trabajo de la operación 2 a la operación 1 o a la operación 3. (Sería preferible asignar más trabajo a la operación 1.) Mejorar el método en la operación 2 para reducir el tiempo del ciclo de esta operación. En el ejemplo anterior, dados el tiempo de ciclo y los tiempos de las operaciones, un analista puede determinar el número de operadores necesarios para que cada operación cumpla con un horario de producción deseado. El problema de la asignación de trabajo en una línea de producción también puede tener por objetivo minimizar el número de estaciones de trabajo, dado el tiempo deseado del ciclo; o, dado el número de estaciones de trabajo, asignar los elementos de trabajo a las estaciones de trabajo, dentro de las restricciones establecidas, con el in de minimizar el tiempo del ciclo. Una estrategia importante para balancear la línea de ensamblado consiste en compartir los de elementos de trabajo. Dos o más operadores cuyo ciclo de trabajo incluya tiempo ocioso podrían compartir el trabajo con otra estación, para hacer más eiciente a toda la línea. Por ejemplo, la igura 2.19 muestra una línea de ensamblado que involucra seis estaciones de trabajo. La estación 1 cuenta con tres elementos de trabajo —A, B y C— para un total de 45 segundos. Observe que los elementos de trabajo B, D y E no pueden comenzar hasta que A haya terminado y que B, D y E pueden llevarse 47 48 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas 20 15 F G 16 15 I 40 C B 10 A 20 D Figura 2.19 Línea de ensamblado con seis estaciones de trabajo. Estación 1 Estación 2 H 27 30 J K 16 E 10 Estación 3 Estación 4 Estación 5 Estación 6 a cabo en cualquier orden. Puede ser posible compartir el elemento H entre las estaciones 2 y 4, con sólo 1 segundo de incremento del tiempo del ciclo (de 45 a 46 seg.), mientras que se ahorraron 30 seg por unidad ensamblada. Es necesario observar que compartir los elementos puede dar como resultado un aumento en el manejo del material, puesto que las partes pueden tener que ser entregadas en más de un lugar. Además, este tipo de colaboración puede implicar costos adicionales asociados con la duplicación del herramental. Una segunda posibilidad para mejorar el balance de una línea de producción consiste en dividir un elemento de trabajo. Con referencia de nuevo a la igura 2.19, puede ser posible dividir el elemento H, en lugar de enviar a la estación 2 la mitad de las partes y la otra mitad a la estación 4. En muchas ocasiones no resulta económico dividir un elemento. Un ejemplo podría ser colocar ocho tornillos de máquinas con un desarmador de potencia. Una vez que el operador ha ubicado la parte en un accesorio, ha logrado controlar su herramienta y la ha puesto a trabajar, será generalmente mucho mejor poner en su lugar los ocho tornillos, en lugar de sólo hacerlo con una parte de ellos y dejar el resto a otro operador. Siempre que los elementos puedan dividirse, las estaciones de trabajo pueden balancearse mejor como resultado de la división. El procedimiento siguiente para resolver un problema de balanceo en una línea de ensamblado se basa en el método de Helgeson y Birnie (1961). El cual asume lo siguiente: 1. 2. Los operadores no pueden moverse de una estación de trabajo a otra para ayudar a conservar la carga de trabajo uniforme. Los elementos de trabajo que se han establecido son de tal magnitud que divisiones adicionales minimizarían de forma sustancial la eiciencia del desempeño del elemento de trabajo. (Una vez establecidos, los elementos de trabajo deben identiicarse mediante un código.) El primer paso para solucionar el problema consiste en determinar la secuencia de los elementos de trabajo individuales. A medida que las restricciones sean menores respecto al orden en el que pueden realizarse los elementos de trabajo, mayor será la probabilidad de que se pueda lograr un balance favorable en las asignaciones laborales. Para determinar la secuencia de los elementos de trabajo, el analista contesta la pregunta siguiente: ¿Qué otros elementos de trabajo, si existen, deben terminarse antes de que este elemento de trabajo pueda comenzar? Esta pregunta se aplica a cada elemento con el in de establecer un diagrama de precedencia para la línea de producción que se estudia (consulte la igura 2.20). Un diseño funcional, la disponibilidad de métodos de producción, el espacio físico, etc., pueden presentar restricciones respecto a la secuencia de los elementos de trabajo. Una segunda consideración en el problema de la asignación de trabajo en una línea de producción consiste en las restricciones zonales. Una zona representa una subdivisión que puede o no estar físicamente separada o diferenciada de las demás zonas del sistema. Coninar ciertos elementos de trabajo a una zona determinada puede justiicarse, así como congregar tareas similares, condiciones de trabajo o pago de salarios. O las restricciones zonales pueden ayudar a identiicar físicamente etapas especíicas de un componente como, por ejemplo, mantenerlo en una cierta posición mientras se llevan a cabo ciertos elementos de trabajo. Como ejemplo, todos los elementos de trabajo relacionados con un lado de un componente deben actuar en cierta zona antes de que dicho componente sea terminado. 2.3 1.418 002 .181 001 Herramientas cuantitativas: relaciones entre el operador y la máquina .258 033 .172 005 1.111 017 .420 011 .81 021 .119 006 Figura 2.20 Diagrama de precedencia terminado en forma parcial. 2.011 032 .092 004 .142 007 .761 003 .178 008 .180 009 Observe que los elementos de trabajo 002 y 003 pueden realizarse en cualquier secuencia respecto a cualquier otro elemento de trabajo, y que el 032 no puede comenzar hasta que se hayan terminado los elementos de trabajo 005, 006, 008 y 009. Observe también que inmediatamente después de que el elemento de trabajo 004 haya sido terminado, podemos arrancar con los elementos de trabajo 033, 017, 021, 005, 011, 006, 007, 008 o 009. Como es evidente, a medida que hay mayor número de restricciones zonales en el sistema, serán menores las combinaciones posibles para investigación. El analista comienza con la elaboración de un bosquejo del sistema y la codiicación de las zonas aplicables. Dentro de cada zona se muestran los elementos de trabajo que pueden elaborarse en dicha área. El analista, posteriormente, calcula el ritmo de producción mediante el uso de la expresión Producción diaria minutosdías trabajados tiempo del ciclo del sistema
minutosunidad donde el tiempo del ciclo del sistema es el tiempo estándar de la zona o de la estación límite. Considere otra línea de ensamblado con el diagrama de precedencia siguiente: ( 00) ( 02) ( 05) (06) ( 01) ( 03) ( 04) (07) 49 (08) (09) (10) Este diagrama de precedencia muestra que la unidad de trabajo (00) debe terminarse antes de (02), (03), (05), (06), (04), (07), (08), (09) y (10); y que la unidad (01) debe terminarse antes de (03), (04), (07), (08), (09) y (10). Tanto (00) como (01) pueden hacerse primero, o ambas se pueden llevar a cabo de manera simultánea. Asimismo, la unidad de trabajo (03) no puede comenzar hasta que las unidades de trabajo (00) y (01) hayan terminado, y así sucesivamente. Para describir estas relaciones, se establece la matriz de relaciones que se muestra en la igura 2.21. Aquí, el número 1 signiica que una relación “debe preceder”. Por ejemplo, la unidad de trabajo (00) debe preceder a las unidades de trabajo (02), (03), (04), (05), (06), (07), (08), (09) y (10). También, la unidad de trabajo (09) debe preceder sólo a (10). Se debe calcular una ponderación posicional por cada unidad de trabajo. Esta operación se lleva a cabo calculando la suma de la unidad de trabajo determinada y de todas las unidades de trabajo que le siguen. Por lo tanto, la ponderación posicional de la unidad de trabajo (00) sería © 00, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10 ⫽ 0.46 ⫹ 0.25 ⫹ 0.22 ⫹ 1.10 ⫹ 0.87 ⫹ 0.28 ⫹ 0.72 ⫹ 1.32 ⫹ 0.49 ⫹ 0.55 ⫽ 6.26 50 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas Tiempo estimado por unidad de trabajo (minutos) Figura 2.21 Matriz de precedencia utilizada en un problema de balanceo de una línea. Unidad de 00 trabajo Unidad de trabajo 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.46 00 0.35 01 0.25 02 0.22 03 1.10 04 0.87 05 0.28 06 0.72 07 1 1 1.32 08 1 1 0.49 09 0.55 10 1 1 1 1 1 6.61 Si se hace una lista de las ponderaciones posicionales en orden de magnitudes decrecientes nos da lo siguiente: Elementos de trabajo sin ordenar 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 Elementos de trabajo ordenados Ponderación posicional 00 01 03 04 02 05 06 08 07 09 10 6.26 4.75 4.40 4.18 3.76 3.51 2.64 2.36 1.76 1.04 0.55 Predecesores inmediatos — — (00), (01) (03) (00) (02) (05) (04), (06) (04) (07), (08) (09) Los elementos de trabajo deben asignarse a las diferentes estaciones de trabajo. Este proceso está basado en las ponderaciones posicionales (es decir, aquellos elementos de trabajo con las ponderaciones posicionales más bajas se asignan primero) y en el tiempo del ciclo del sistema. El elemento de trabajo con el mayor peso posicional se asigna a la primera estación de trabajo. El tiempo no asignado para esta estación de trabajo se determina restando la suma de los tiempos asignados al elemento de trabajo del tiempo estimado del ciclo. Si existe tiempo no asignado, se asigna el elemento de trabajo con el siguiente peso posicional más alto, siempre y cuando los elementos de trabajo de la columna “predecesores inmediatos” ya hayan sido asignados. Una vez que se haya terminado el tiempo asignado a una estación de trabajo, el analista continúa con la estación de trabajo siguiente y el proceso también lo hace hasta que todos los elementos de trabajo hayan sido asignados. 51 Resumen Como ejemplo, suponga que la producción requerida por turno de 450 minutos es de 300 unidades. El tiempo del ciclo del sistema es 450/300 = 1.50 minutos y la línea balanceada inal se muestra en la igura 2.4. Con relación a la coniguración que se ilustra, con seis estaciones de trabajo, tenemos un tiempo de ciclo de 1.32 minutos (estación de trabajo 4). Este arreglo produce 450/1.32 = 341 unidades, lo cual satisface el requerimiento diario de 300 unidades. Sin embargo, con seis estaciones de trabajo, tenemos también un tiempo ocioso considerable. El tiempo ocioso por ciclo es  0.04 6 0.22 0.17 0 0.11 0.77 1.31 minutos 1 Para lograr un balanceo más favorable, el problema puede resolverse en tiempos de ciclo menores a 1.50 minutos. Este nuevo enfoque puede traer como consecuencia la necesidad de contar con más operadores y una mayor producción diaria, la cual tendrá que ser almacenada. Otra posibilidad involucra operar la línea bajo un esquema más eicientemente balanceado durante un número limitado de horas por día. Una gran variedad de paquetes de software disponibles en el mercado, así como herramientas de diseño, eliminan el trabajo rutinario que representa hacer los cálculos y realiza estos pasos de manera automática. Tabla 2.4 Línea de ensamble balanceada Trabajo Ponderación Estación Elemento posicional Predecesores inmediatos Tiempo de un elemento de trabajo Tiempo de estación Acumulado No asignado Comentarios 1 1 1 1 1 1 00 01 03 04 02 05 6.26 4.75 4.40 4.18 3.76 3.56 — — (00), (01) (03) (00) (02) 0.46 0.35 0.22 1.10 0.25 0.87 .46 .81 1.03 2.13 1.28 2.05 1.04 0.69 0.47 — 0.22 — — — — N.A. — N.A. 2 2 04 05 4.18 3.56 (03) (02) 1.10 0.87 1.10 1.97 0.40 — — N.A. 3 3 3 05 06 08 3.56 2.64 2.36 (02) (05) (04), (06) 0.87 0.28 1.32 0.87 1.15 2.47 0.63 0.35 — — — N.A. 4 4 08 07 2.36 1.76 (04), (06) (04) 1.32 0.72 1.32 2.04 0.18 — — N.A. 5 5 5 07 09 10 1.76 1.04 0.55 (04) (07), (08) (09) 0.72 0.49 0.55 0.72 1.21 1.76 0.78 0.29 — — — N.A. 6 10 0.55 (09) 0.55 0.55 0.95 — *N.A. signiica no aceptable. RESUMEN Los diferentes diagramas que se muestran en este capítulo son herramientas muy valiosas para presentar y resolver problemas. De la misma manera en que existen varios tipos de herramientas para realizar trabajos en particular, también se cuenta con diversos diseños de diagramas que pueden ayudar a resolver problemas de ingeniería. Los analistas deben comprender las funciones especíicas de cada diagrama de proceso y seleccionar el adecuado para resolver un problema especíico y mejorar las operaciones. El análisis de Pareto y los diagramas de pescado se utilizan para seleccionar una operación crítica y para identiicar las causas raíz y los factores que contribuyen a generar el problema. Los diagramas de Gantt 52 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas y PERT son herramientas de programación de proyectos. El diagrama de Gantt sólo proporciona un panorama claro, mientras que los diagramas de PERT cuantiican las interacciones entre las diferentes actividades. La guía para el análisis trabajo-sitio de trabajo se utiliza fundamentalmente en un recorrido físico para identiicar los factores clave relacionados con el trabajador, la tarea, el ambiente y la administración que pueden provocar problemas potenciales. El diagrama de procesos de operación proporciona un buen panorama de las relaciones entre las diferentes operaciones e inspecciones en ensamblados que involucran varios componentes. El diagrama de lujo del proceso proporciona más detalles para el análisis de las operaciones de manufactura, para encontrar costos ocultos o indirectos, tales como el tiempo de retardo, costos de almacenamiento y costos relacionados con el manejo de materiales. El diagrama de lujo o recorrido representa un complemento útil para el diagrama de lujo del proceso en el desarrollo de las coniguraciones de la planta. Los diagramas de procesos hombre-máquina y de grupo muestran las máquinas o equipos en conjunto con el operador u operadores, y se utilizan en el análisis del tiempo ocioso del operador y del tiempo ocioso de la máquina. Se utilizan cálculos de servicios sincrónicos y aleatorios, así como técnicas de balanceo de líneas para desarrollar operaciones más eicientes a través de métodos cuantitativos. Estas 13 herramientas son muy importantes para los analistas de métodos. Los diagramas representan ayudas descriptivas y de comunicación muy valiosas para comprender un proceso y sus actividades asociadas. Su correcto uso puede ayudar a presentar y resolver el problema y en la venta e instalación de la solución. Las técnicas cuantitativas pueden determinar el arreglo óptimo de operadores y máquinas. Los analistas deben estar familiarizados con los conocimientos suicientes en álgebra y teoría de la probabilidad para desarrollar un modelo matemático que proporcione la mejor solución al problema de la máquina o de la instalación. De esta forma, ellos serán eicientes en la presentación de métodos mejorados a la gerencia, en el entrenamiento de los empleados en el método prescrito y en el enfoque de los detalles pertinentes en conjunto con el trabajo de distribución de la planta. PREGUNTAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. ¿Qué muestra el diagrama de procesos operativos? ¿Qué símbolos se utilizan en la construcción del diagrama de procesos operativos? ¿Cómo muestra el diagrama de procesos operativos los materiales introducidos en el lujo general? ¿De qué forma el diagrama de lujo de procesos diiere del diagrama de procesos operativos? ¿Cuál es el propósito principal del diagrama de lujo de procesos? ¿Qué símbolos se utilizan en la construcción de un diagrama de lujo de procesos? ¿Por qué es necesario construir diagramas de proceso a partir de la observación directa, en contraste con la información que obtiene el encargado? En la construcción de diagrama de lujo de procesos, ¿qué método puede utilizarse para calcular las distancias recorridas? ¿Cómo pueden determinarse los tiempos de retraso en la construcción del diagrama de lujo de procesos? ¿Cómo podría usted abogar por el uso del diagrama de lujo? ¿Cómo puede mostrarse en el diagrama de lujo el lujo de varios productos diferentes? ¿Qué par de símbolos del diagrama de lujo se utilizan exclusivamente en el estudio de la documentación? ¿Cuáles son las limitaciones de los diagramas de lujo de procesos y de procesos operativos y del diagrama de lujo? Explique cómo el diagrama PERT puede ahorrar dinero a la compañía. ¿Cuál es el propósito de la ruptura? ¿Cuándo es recomendable construir un diagrama de procesos hombre-máquina? ¿Qué es el acoplamiento de máquinas? ¿De qué manera se beneicia un operador a través del acoplamiento de máquinas? ¿De qué manera diiere el diagrama de procesos de grupo del diagrama de procesos hombre-máquina? En una planta de procesos, ¿cuáles de los siguientes diagramas de proceso tienen una mayor aplicación: el del trabajador y de las máquinas, el de grupo, el operativo, el de lujo o recorrido? Explique su respuesta. ¿Cuál es la diferencia entre el servicio sincrónico y el aleatorio? ¿La reducción de cuál de los tres tiempos —del trabajador, de la máquina o de la carga— tendrá un mayor efecto en el incremento de la productividad? Explique su respuesta. 53 Problemas PROBLEMAS Programación de la ruptura 1. Con base en la tabla de costos de ruptura que se presenta a continuación, ¿cuál será el tiempo mínimo para terminar el proyecto descrito en la igura 2.4, cuyos costos normales se muestran en la tabla 2.2? ¿Cuál sería el costo adicional para terminar el proyecto dentro de este periodo? 2. El tiempo de maquinado por pieza es de 0.164 horas y el tiempo de carga de la máquina es de 0.038 horas. Con un salario del operador de $12.80/hora y un costo de máquina de $14/hora, calcule el número óptimo de máquinas que produzca el costo más bajo por unidad de producción. A B C D E F G H I J K L M N O P Semanas $ 2 1 2 0.5 4 3 2 0 4 1 4 2 3 1 2 1 7 000 2 500 5 000 2 000 6 000 5 000 6 000 0 7 600 2 200 4 500 2 200 3 000 700 6 000 3 000 3. En la Dorben Company se le asigna a un trabajador la operación de varias máquinas. Cada una de ellas está fuera de servicio en tiempos aleatorios durante el día. Un estudio muestra del trabajo indica que, en promedio, las máquinas trabajan desatendidas 60% del tiempo. El tiempo de atención del operador a intervalos irregulares promedio es del 40%. Si el costo de la máquina es de $20/hora y el salario del operador es de $12/hora, ¿cuál será el número más favorable de máquinas (desde el punto de vista económico) que deba operar un empleado? 4. El analista en la Dorben Company desea asignar un número de equipos similares a un operador con base en la minimización del costo por unidad de producción. Un estudio detallado de los equipos revela lo siguiente: Tiempo estándar de la carga de la máquina = 0.34 minutos Tiempo estándar de la descarga de la máquina = 0.26 minutos Tiempo de recorrido entre las dos máquinas = 0.06 minutos Salario del operador = $12.00/hora Tarifa de la máquina (ociosa y trabajando) = $18.00/hora Tiempo de alimentación de energía = 1.48 minutos ¿Cuántas máquinas deben asignarse a cada operador? 5. Un estudio revela que un grupo de tres máquinas semiautomáticas asignadas a un operador trabajan de forma independiente 80% del tiempo. El tiempo de servicio del operador a intervalos irregulares promedia 20% del tiempo en estas tres máquinas. ¿Cuál sería la pérdida en horas máquina estimada por día de 8 horas debida a la pérdida de un operador? 6. Con base en los datos siguientes, desarrolle su asignación recomendada de trabajo y el número de estaciones de trabajo. Unidades de trabajo 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Trabajo estimado tiempo unitario (minutos) 0.76 1.24 0.84 2.07 1.47 2.40 0.62 2.16 4.75 0.65 1.45 La producción mínima requerida por día es de 90 ensamblados. La matriz de precedencia siguiente fue desarrollada por el analista. 54 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas (0) (3) (4) (5) (1) (2) (7) (8) (6) (9) (10) 7. ¿Cuántas máquinas deben asignársele a un operador para operar al mínimo costo cuando: a) b) c) d) e) El tiempo de carga y descarga de una máquina es de 1.41 minutos. El tiempo de desplazamiento hacia el siguiente equipo es de 0.08 minutos. El tiempo de máquina (alimentación de energía) es de 4.34 minutos. El salario del operador es de $13.20/hora. La velocidad de la máquina es de $18.00/hora? 8. ¿Qué proporción de tiempo máquina se perderá al operar cuatro máquinas cuando cada una de ellas trabaja sin operador 70% del tiempo y el tiempo de atención del operador a intervalos irregulares promedia 30%? ¿Es ésta la mejor coniguración para minimizar la proporción del tiempo de máquina perdido? 9. En un proceso de ensamblado que involucra seis operaciones distintas, es necesario producir 250 unidades en un día de 8 horas. Los tiempos de operación medidos son los siguientes: a) b) c) d) e) f) 7.56 minutos 4.25 minutos 12.11 minutos 1.58 minutos 3.72 minutos 8.44 minutos ¿Cuántos operadores se requerirán para un nivel de eiciencia de 80%? ¿Cuántos operadores se deben utilizar en cada una de las seis operaciones? 10. Un estudio revela los siguientes pasos en el ensamblado de una armadura (un pequeño triángulo de tres piezas pequeñas dentro de un triángulo grande de tres piezas mayores): La carretilla elevadora entrega 2 × 4 trozos de pino desde un área de almacenamiento externa (20 minutos). El operador de la sierra corta seis trozos de la longitud adecuada (5 minutos). El ensamblador núm. 1 recibe tres trozos pequeños y arma un pequeño triángulo (5 minutos). El ensamblador núm. 2 recibe tres trozos grandes y arma un triángulo grande (10 minutos). El ensamblador núm. 3 recibe uno de cada triángulo y los une para formar la armadura (20 minutos). El supervisor inspecciona la armadura terminada y la prepara para su entrega (5 minutos). a) Realice un diagrama de lujo de procesos de la operación. b) ¿Cuál es el porcentaje del tiempo ocioso y la producción de una línea de ensamblado lineal desbalanceada? c) Balancee la línea de ensamblado mediante el uso de las estaciones de trabajo adecuadas. ¿Cuál es el porcentaje del tiempo ocioso y de la producción ahora? 11. La operación actual consta de los siguientes elementos: El operador quita la unidad de prensado (0.2 minutos). El operador camina al área de inspección, veriica los defectos (0.1 minutos). El operador lima las orillas con rebaba (0.2 minutos). El operador coloca la unidad en la banda transportadora para su procesamiento y regresa a la prensa (0.1 minutos). El operador limpia el dado de la prensa con aire comprimido (0.3 minutos). El operador aplica lubricante en el dado (0.1 minutos). El operador coloca una hoja de metal en la prensa, presiona el botón START (0.2 minutos). La prensa efectúa su ciclo automáticamente en 1.2 minutos. Dado que al operador se le paga $10/hora y que cuesta $15/hora operar las prensas, encuentre y dibuje el diagrama hombre-máquina para obtener la operación con menor costo. ¿Cuál es la producción? ¿Cuál es el costo unitario? 55 Problemas 12. Dadas las lesiones registradas por la OSHA (es decir, las lesiones que deben inscribirse en el registro de la OSHA 300 y estar disponibles para su inspección) que se muestran en la página siguiente, ¿qué puede usted concluir acerca de las lesiones? ¿Qué código de trabajo estudiaría usted primero? Si usted tuviera recursos limitados, ¿dónde los colocaría? 13. Un análisis exploratorio ha identiicado el trabajo siguiente como un área problemática. Realice un diagrama de lujo de procesos (del tipo material) de las operaciones de desarmado de la máquina, limpieza y remoción de grasa siguientes. En el almacén de motores viejos se encuentran guardados algunos motores. Cuando es necesario, se levanta un motor mediante una grúa eléctrica en un monorriel, se le transporta hacia el área de desarme y se descarga en una base para motores. Ahí el operador desarma el motor y pone las partes que lo integran en el contenedor de desengrasado. El contenedor se transporta hacia el desengrasador, se carga en el aparato desengrasador, se desengrasa y después se retira del aparato. Después, el contenedor con las partes del motor desengrasado se transporta al área de lavado, donde las partes son depositadas simplemente sobre el piso para su secado. Después de varios minutos de secado, las partes se levantan hasta las bancas de limpiado y se les limpia. Las partes, una vez que se han limpiado, se colocan en charolas especiales donde esperan ser transportadas. Las partes se cargan en un carrito y se transportan a la estación de inspección. Una vez ahí, se transportan de las charolas a las bancas de inspección. Tipo de lesión Código del trabajo AM9 BTR CUE CUP DAW EST FAO FAR FFB FGL FPY FQT FQ9 GFC IPM IPY IP9 MPL MST MXM MYB WCU Tensión/torsión CTD Otro 1 1 2 4 0 0 3 3 1 1 1 0 2 0 4 1 1 1 0 1 1 1 0 2 0 4 0 0 1 1 0 0 2 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 19 2 2 1 3 1 1 0 3 3 1 16 0 0 0 0 2 3 1 14. Dadas las operaciones y tiempos unitarios en minutos siguientes (núm. 1 = 1.5, núm. 2 = 3, núm. 3 = 1, núm. 4 = 2, núm. 5 = 4), balancee la línea de producción con la inalidad de producir 30 unidades/ hora. 15. Un operador de moldeado registró las siguientes actividades y tiempos (en minutos) : ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ Remueve la pieza moldeada del dado Camina 10 pies hacia una mesa de trabajo Coloca las piezas en cajas y las pone sobre una banda transportadora Camina hacia el moldeador Remueve la suciedad del molde con aire Rocía aceite en el molde y presiona el botón “GO” El ciclo de moldeo es automático 0.6 0.2 1.0 0.2 0.4 0.2 3.0 1 2 3 4 5 56 CAPÍTULO 2 Herramientas para la solución de problemas El ciclo se repite una vez que termina. Al operador se le paga $10.00/hora y cuesta $15.00/hora operar el moldeador. ¿Cuál es el número óptimo de máquinas que pueden asignarse al operador con el in de producir los artefactos al menor costo posible? Dibuje un diagrama hombre-máquina. 16. TOYCO produce palas de juguete en una prensa de 20 toneladas. Los pasos que toma el operador de la prensa para fabricar una pala son: ■ ■ ■ ■ ■ ■ Remueve la pala terminada y la pone en la banda transportadora Remueve los desperdicios de los dados Rocía los dados con aceite Veriica la materia prima (hoja plana) para ver si no tiene defectos Coloca la hoja plana en la prensa La prensa opera el ciclo de manera automática 0.1 minuto 0.2 minuto 0.1 minuto 0.3 minuto 0.1 minuto 1.0 minuto Al operador se le paga $10/hora y el costo de operación de la prensa es de $100/hora. La materia prima de la pala cuesta $1.00, y se vende a $4.00. ¿Cuál es el número óptimo de prensas por operador por costo unitario mínimo? Dibuje el diagrama hombre-máquina para representar esta situación. 17. En el proyecto que se muestra a continuación, las actividades se representan mediante lechas y el número de cada actividad también indica su duración normal (en días). a) Determine la ruta crítica y la magnitud de este proyecto. b) Suponga que cada actividad, excepto la 1 y la 2, puede llevarse a cabo en 2 días a un costo igual al número de actividad. Por ejemplo, la actividad 6 normalmente toma 6 días, pero podría realizarse en 5 días a un costo de $6 o en 4 días por un total de $12. Determine la programación en 26 días al menor costo. Muestre las actividades que sufren ruptura o los costos totales de ruptura. 4 2 5 8 1 10 3 6 9 7 REFERENCIAS Ashcroft, H., “The Productivity of Several Machines under the Care of One Operator”, en Journal of the Royal Statistical Society B, 12, núm. 1 (1950), pp. 145-151. ASME. ASME Standard—Operation and Flow Process Charts, ANSI Y15.3-1974, Nueva York: American Society of Mechanical Engineers, 1974. Baker, Kenneth R., Elements of Sequencing and Scheduling, Hannover, NJ: K.R. Baker, 1995. Cole, R., Work, Mobility and Participation: A Comparative Study of American and Japanese Industry, Berkeley, CA: University of California Press, 1979. Helgeson, W.B. y D.P. Birnie, “Assembly Line Balancing Using Ranked Positional Weight Technique”, en Journal of Industrial Engineering, 12, núm., 6, (1961) pp. 394-398. Herron, D., “Industrial Engineering Applications of ABC Curves”, en AIIE Transactions 8, núm. 2 (junio 1976), pp. 210-218. Moodie, C., “Assembly Line Balancing”, en Handbook of Industrial Engineering, 2a. ed., Ed. Gavriel Salvendy, Nueva York: John Wiley & Sons, 1992, pp. 1446-1459. Stecke, K., “Machine Interference”, en Handbook of Industrial Engineering, 2a. ed., Ed. Gavriel Salvendy, Nueva York: John Wiley & Sons, 1992, pp. 1460-1494. Tekeji, K. y S., Sakamoto, “Charting Techniques”, en Handbook of Industrial Engineering, 2a. ed., Ed. Gavriel Salvendy, Nueva York: John Wiley & Sons, 1992, pp. 1415-1445. Wright, W.R., W.G. Duvall y H.A. Freeman, “Machine Interference”, en Mechanical Engineering, 58, núm. 8 (agosto 1936), pp. 510-514. SOFTWARE SELECCIONADO Design Tools (disponible en el sitio en internet McGraw-Hill del libro en www.mhhe.com/niebel-freivalds). Nueva York: McGraw-Hill, 2002. CAPÍTULO 1 Métodos, estándares y diseño del trabajo: introducción Análisis de operaciones CAPÍTULO 3 PUNTOS CLAVE • • • • • • • Uso del análisis de operaciones para mejorar el método preguntando qué. Enfoque en el propósito de la operación preguntando por qué. Enfoque en el diseño, materiales, tolerancias, procesos y herramientas preguntando cómo. Enfoque en el operador y en el diseño del trabajo preguntando quién. Enfoque en la distribución del trabajo preguntando dónde. Enfoque en la secuencia de manufactura preguntando cuándo. Siempre trate de simpliicar mediante las operaciones de eliminación, combinación y redistribución. L os analistas de métodos utilizan el análisis de operaciones para estudiar todos los elementos productivos y no productivos de una operación, incrementar la productividad por unidad de tiempo y reducir los costos unitarios con el in de conservar o mejorar la calidad. Cuando se utiliza adecuadamente, el análisis de métodos desarrolla un mejor método para hacer el trabajo mediante la simpliicación de procedimientos operativos y manejo de materiales y la utilización del equipo de una manera más eicaz. Por lo tanto, las compañías pueden incrementar la producción y reducir los costos unitarios; garantizar la calidad y reducir la mano de obra defectuosa; e incrementar el entusiasmo del operador a través de las mejoras a las condiciones de trabajo, la minimización de la fatiga y la obtención de salarios más atractivos. El análisis de operaciones es la tercera etapa del método. En ella se lleva a cabo el análisis y se cristalizan los diferentes componentes del método propuesto. Inmediatamente después se obtienen y presentan los hechos mediante el uso de una gran variedad de herramientas útiles para elaborar los diagramas de lujo de procesos que se muestran en el capítulo 2. El analista debe revisar cada operación e inspección que se presenta gráicamente en estos diagramas y realizar una serie de preguntas, la más importante de ellas es por qué: 1. 2. 3. 4. 5. ¿Por qué es necesaria esta operación? ¿Por qué esta operación se lleva a cabo de esta manera? ¿Por qué estas tolerancias son tan estrechas? ¿Por qué se ha especiicado este material? ¿Por qué se ha asignado para hacer el trabajo a esta clase de operador? La pregunta por qué de inmediato sugiere otras, entre las que se incluyen cómo, quién, dónde y cuándo. Por lo tanto, los analistas se pueden preguntar: 57 57 58 CAPÍTULO 3 1. 2. 3. 4. Análisis de operaciones ¿Cómo puede llevarse a cabo esta operación de una manera mejor? ¿Quién puede realizar mejor esta operación? ¿Dónde puede realizarse la operación a un menor costo o con una mayor calidad? ¿Cuándo debe realizarse la operación para invertir la menor cantidad de manejo de materiales? Por ejemplo, en el diagrama de procesos operativos que se muestra en la igura 2.7, los analistas se podrían formular las preguntas que se muestran en la tabla 3.1 con el in de determinar qué tan prácticas son las mejoras que se quieren incorporar a los métodos. La respuesta a estas preguntas ayuda a iniciar la eliminación, combinación y simpliicación de las operaciones. Asimismo, cuando obtienen las respuestas a dichas preguntas, los analistas se hacen más conscientes de la existencia de otras preguntas que pueden conducir a diversas mejoras. Las ideas parecen generar más ideas, y los analistas con experiencia por lo general pueden plantearse otras posibilidades de mejora. Por lo tanto, siempre deben conservar la mente abierta, de tal manera que los fracasos anteriores no los desilusionen e insistir en probar nuevas ideas. Por lo general, dichas oportunidades para mejorar los métodos se presentan en cada planta con los consecuentes resultados benéicos. Observe que una parte signiicativa de la información que se presenta en el capítulo 3 se utiliza en la actualidad en un formato integrado que se llama manufactura esbelta. Ésta se originó en la Toyota Motor Company como una forma de eliminar el desperdicio en el periodo inmediatamente después del embargo petrolero de 1973 y siguió los pasos del sistema Taylor de administración cientíica pero de una manera mucho más amplia, pues se enfocó no sólo en los costos de manufactura, sino que también en los costos de ventas, administrativos y de capital. Los puntos importantes del Sistema de Producción Toyota (TPS) incluyen siete tipos de desperdicio (Shingo, 1987): 1) sobreproducción, 2) espera del siguiente paso, 3) transporte innecesario, 4) procesamiento innecesario, 5) exceso de inventario, 6) movimiento innecesario y 7) productos defectuosos. Las coincidencias con los métodos convencionales se ejempliican mediante lo siguiente: 1) las pérdidas en esperas y en transporte representan elementos que se deben examinar y eliminar mediante análisis de diagramas de lujo de procesos, 2) el desperdicio de movimiento resume el trabajo de toda la vida de Gilbreth acerca del estudio de movimientos, el cual culmina en los principios del diseño del trabajo y la economía de movimientos, 3) la pérdida de la sobreproducción y el exceso de inventarios están basados en los requerimientos adicionales de almacenamiento para trasladar artículos dentro y fuera de la bodega y 4) los desperdicios que implican los productos defectuosos representa una pérdida pues generan basura o necesitan retrabajos. Un corolario de los siete desperdicios es el sistema 5S para reducir los desechos y optimizar la productividad mediante el reordenamiento del lugar de trabajo y la aplicación de métodos consistentes. Los pilares del sistema 5S son 1) clasiicar (seiri), 2) poner en orden (seiton), 3) pulir (seiso), 4) estandarizar (seiketsu) y 5) conservar (shitsuke). Clasiicar se enfoca en la remoción de todos los artículos innecesarios del lugar de trabajo para dejar sólo lo que es fundamental. Poner en orden implica arreglar los artículos necesarios de tal manera que sean fáciles de encontrar y usar. Una vez que se elimina el desorden, el brillo garantiza la limpieza y la pulcritud. A partir de que se han implantado los primeros tres primeros pilares, la estandarización sirve para conservar el orden y la consistencia de las tareas domésticas y de los métodos. Por último, el paso conservar proporciona el mantenimiento de todo el proceso de manera continua. 3.1 FINALIDAD DE LA OPERACIÓN Éste quizá represente el punto más importante de los nueve que conforman el análisis de operaciones. La mejor manera de simpliicar una operación es vislumbrar alguna forma de obtener los mismos o mejores resultados sin que ella implique costos adicionales. Una regla de gran importancia del analista es tratar de eliminar o combinar una operación antes de tratar de mejorarla. De acuerdo con nuestra experiencia, alrededor de 25% de las operaciones que se llevan a cabo pueden eliminarse si se invierte suiciente tiempo en el estudio del diseño y del proceso. Ello también implica la eliminación de los desperdicios (muda) asociados con procesamientos inapropiados. En la actualidad se realiza mucho trabajo innecesario. En muchos casos, la tarea o el proceso no deben simpliicarse o mejorarse, sino que se deben eliminar por completo. La eliminación de una actividad ahorra dinero en la instalación de un método mejorado y no hay interrupción o retraso debido Tabla 3.1 Preguntas que deben formularse en la manufactura de bases para teléfono Pregunta 1. ¿Pueden comprarse longitudes ijas de 11⁄2  14 de maple blanco sin ningún costo extra por pie cuadrado? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. ¿Pueden asegurarse las placas de arce compradas con orillas cepilladas y paralelas? . . . . . . . . . . 3. ¿Pueden comprarse placas de un determinado grosor y tener al menos un lado cepillado? Si es así, ¿cuál sería el costo extra? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. ¿Por qué no pueden apilarse dos placas y serrucharse en secciones de 14 pulgadas de manera simultánea? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. ¿Qué porcentaje de rechazos tenemos en la primera estación de inspección? . . . . . . . . . . . . . . . . 6. ¿Por qué la cubierta de la mesa debe arenarse completamente? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. ¿Pueden comprarse pedazos de longitud ija de 11⁄2  3 de pino amarillo sin ningún costo extra por pie cuadrado? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. ¿Pueden asegurarse que placas compradas de pino amarillo tengan orillas cepilladas y paralelas? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9. Pueden comprarse placas al tamaño del espesor y tener un lado plano y cepillado? Si es así, ¿cuánto dinero extra va a costar esto? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10. ¿Por qué no pueden dos o más placas apilarse y serrucharse en secciones de 14 pulgadas de manera simultánea? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. ¿Qué porcentaje de rechazos tenemos en la primera inspección de los umbrales? . . . . . . . . . . . . . 12. ¿Por qué es necesario arenar completamente los umbrales? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13. ¿Pueden comprarse pedazos ijos de 21⁄2   21⁄2 de maple blanco sin costo extra por pie cuadrado? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14. ¿Se puede utilizar un tamaño más pequeño de 21⁄2  21⁄2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15. ¿Pueden asegurarse placas de arce blanco compradas con orillas cepilladas y paralelas? . . . . . . . 16. ¿Pueden comprarse placas con patas para adelgazar el tamaño y tener los lados cepillados en forma pareja? Si es así, ¿cuánto dinero extra costará hacerlo? . . . . . . . . . . . . . . . . . 17. ¿Por qué no pueden apilarse y serrucharse dos o más placas en secciones de 14 pulgadas de forma simultánea?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18. ¿Qué porcentaje de rechazos tendremos en la primera inspección de las patas? . . . . . . . . . . . . . . 19. ¿Por qué es necesario arenar las patas completamente? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20. ¿Podría una reparación facilitar el ensamblado de las patas en la cubierta? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21. ¿Podría utilizarse la inspección de muestras en la primera inspección del ensamblado? . . . . . . . . 22. ¿Es necesario arenar después de aplicar una cubierta de laca? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Método mejorado Eliminar los extremos de desecho de los tramos de 14 pulgadas. Eliminar las uniones de los extremos (operación 2). Eliminar el cepillado a la medida. Reduce el tiempo en 0.18 (operación 4). Si el porcentaje es pequeño, quizás esta inspección pueda eliminarse. Suprimir el arenado de un lado de la cubierta y reducir tiempo (operación 5). Eliminar los extremos desperdiciados de tramos que no sean múltiplos de 12 pulgadas. Eliminar la unión de un extremo. Eliminar el cepillado a la medida. Reducción de tiempo de 0.10 (operación 9). Si el porcentaje es bajo, quizás esta inspección pueda eliminarse. Suprimir parte del arenado y reducir tiempo (operación 10). Eliminar extremos desperdiciados de tramos que no sean múltiplos de 16 pulgadas. Reducir el costo del material. Eliminar las unión de los extremos. Eliminar el cepillado a la medida. Reducir tiempo (operación 15). Si el porcentaje es bajo, quizás esta inspección pueda eliminarse. Eliminar parte del arenado y reducir el tiempo (operación 16). Reducir el tiempo de ensamblado (operación 11). Reducir el tiempo de inspección (operación 4). Eliminar la operación 19. 60 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones a que no se debe desarrollar, probar o instalar ningún método mejorado. Los operadores no necesitan recibir ninguna clase de entrenamiento sobre el nuevo método y se minimiza la resistencia al cambio cuando se elimina una actividad o tarea innecesaria. Respecto al papeleo administrativo, antes de que se desarrolle un formato para la transferencia de información, los analistas deben preguntarse si en realidad es necesario un formato. En la actualidad, los sistemas controlados por computadora pueden reducir la generación de formatos y el trabajo administrativo. Con frecuencia, las operaciones innecesarias son producto de una planeación inadecuada cuando la tarea se hace por primera vez. Una vez que se ha establecido una rutina estándar, es difícil cambiarla, aun si dicho cambio elimina una parte del trabajo y lo vuelve más sencillo. Cuando se planean nuevos trabajos, el encargado de la planeación debe incluir una operación extra si existe alguna posibilidad de que el producto sea rechazado sin ella. Por ejemplo, en el torneado de un eje de acero, si surge una pregunta en cuanto a realizar dos o tres cortes para conservar un acabado de 40 micropulgadas, la persona encargada de la planeación invariablemente especiica tres cortes, a pesar de que el mantenimiento apropiado de las herramientas de corte complementado con las velocidades y los alimentadores ideales permitan que el trabajo se lleve a cabo sólo con dos cortes. A menudo, las operaciones innecesarias se llevan a cabo debido al desempeño inadecuado de las operaciones anteriores. Se debe realizar una segunda operación para “darle un retoque” o hacer aceptable el trabajo realizado en ellas. En una planta, por ejemplo, unas armaduras colocadas en una instalación eran rociadas con pintura , lo que imposibilitaba cubrir el fondo de la armadura con pintura debido a que la instalación impedía que el chorro de pintura llegara hasta él. Por lo tanto, era necesario darle un retoque a los fondos de la armadura después de que se habían pintado. Un estudio de este trabajo trajo como consecuencia un rediseño de la instalación que mantenía a la armadura, lo que permitió una cobertura total. Además, una nueva base hizo posible pintar siete armaduras de manera simultánea, mientras que con el viejo método sólo se podía pintar una a la vez. Por lo tanto, considerando que una operación innecesaria se pudo haber desarrollado debido al funcionamiento inadecuado de la operación anterior, el analista pudo eliminar la operación de retoque (vea la igura 3.1). Otro ejemplo: en una fábrica de grandes engranes fue necesario incluir una operación para remover y limpiar manualmente con el in de quitar las ondulaciones que se formaban en los dientes después de que éstos habían sido puestos al fuego. Una investigación permitió ver que la contracción y expansión generadas por cambios de temperatura en el curso del día eran responsables de esos defectos. Luego de cerrar herméticamente la planta e instalar un sistema de aire acondicionado en el depósito, la compañía pudo mantener la temperatura adecuada durante todo el día. Las ondas desaparecieron de inmediato y ya no fue necesario continuar con las operaciones de remoción y limpieza manual. Para eliminar una operación, los analistas deben preguntar y responder la pregunta siguiente: ¿Puede un proveedor externo realizar la operación de manera más económica? Por ejemplo: se compraron cojinetes circulares a un proveedor externo, a los cuales se les tuvo que untar grasa antes de ser ensamblados. Un estudio de proveedores de cojinetes reveló que cojinetes “sellados de por vida” podían comprarse a otro proveedor a un menor precio. Figura 3.1 a) Armadura pintada cuando se ha quitado de la base vieja (izquierda) y cuando se ha quitado de la base arreglada (derecha). b) Armadura en la base de pintado que le permite una cobertura total de su parte inferior. a) b) 3.2 Diseño de las partes Los ejemplos proporcionados en esta sección destacan la necesidad de establecer el propósito de cada operación antes de darse a la tarea de mejorar ésta. Una vez que se ha determinado la necesidad de la operación, los nueve pasos restantes del análisis de operaciones deben ayudar a determinar cómo debe mejorarse. 3.2 DISEÑO DE LAS PARTES Con frecuencia, los ingenieros de métodos se inclinan a pensar que una vez que ha sido aceptado un diseño, su único recurso es planear su fabricación de la manera más económica posible. Mientras que la introducción de un ligero cambio en el diseño puede ser difícil, un buen analista de métodos debe revisar cada diseño con el in de introducirle posibles mejoras. Los diseños pueden modiicarse y si dicho cambio da como resultado una mejora y la actividad que implica realizar la tarea es considerable, se debe proseguir con el cambio. Para mejorar el diseño, los analistas deben tener en cuenta los siguientes aspectos con el in de reducir el costo de los diseños de cada componente y subensamble: 1. 2. 3. 4. 5. Reducir el número de partes mediante la simpliicación del diseño. Reducir el número de operaciones y la distancia de los recorridos en el proceso de manufactura mediante la unión más eiciente de las partes y la simpliicación del maquinado y del ensamblado. Utilizar materiales de mejor calidad. Ampliar las tolerancias y coniar en las operaciones clave para obtener precisión, en lugar de coniar en una serie de límites muy estrictos. Realizar los diseños para mejorar la fabricación y el ensamblado. Observe que las primeras dos ayudarán a reducir los desperdicios resultado de procesamientos inadecuados, del transporte innecesario y del exceso de inventario. General Electric resumió las ideas para desarrollar diseños a un mínimo costo tal como se muestra en la tabla 3.2. Los siguientes ejemplos de mejora de métodos se lograron a partir de emplear un mejor material o proceso en un esfuerzo para mejorar el diseño. Las cajas de cables se construyeron originalmente de acero fundido. El diseño mejorado, que representa una caja de cables más resistente, más atractiva, más ligera y menos costosa fue posible gracias al empleo de acero laminado en su fabricación. Se utilizó un proceso de cuatro etapas para doblar las partes en la forma correcta (vea la igura 3.2), el cual fue ineiciente y tensionó el metal en los dobleces. El diseño fue alterado ligeramente de tal manera que pudo utilizarse un proceso de extrusión menos costoso. Las secciones extraídas fueron posteriormente cortadas a la longitud deseada. Durante el rediseño, se eliminaron tres etapas. La simpliicación del diseño a través de la unión más eiciente de las partes se puso en práctica en el ensamblado de los sujetadores terminales a sus conductores de unión. La práctica original requirió torcer el extremo del sujetador para formar una base. La base se llenó de soldadura, posteriormente el alambre conductor se cubrió con estaño, se insertó en la base llena de soldadura y fue mantenida en esa posición hasta que la soldadura se solidiicó. El diseño modiicado fue más resistente pues se soldó el sujetador al alambre conductor, lo cual eliminó las operaciones de formado y de hundimiento. La parte original se diseñó con tres componentes que tuvieron que ensamblarse (vea igura 3.3). Un método signiicativamente menos costoso utilizó un diseño de una pieza que pudo maquinarse como una pieza sólida, lo que eliminó dos componentes y varias operaciones. De la misma forma en que existen oportunidades para mejorar la productividad mediante un mejor diseño del producto, también la hay para mejorar el diseño de los formatos (ya sea en papel o en formato digital) que se utilizan en la industria y en los negocios. Una vez que se ha determinado la necesidad de un formato, debe estudiarse con el in de mejorar la recolección y el lujo de información. Los siguientes criterios se aplican en el desarrollo de formatos: 1. 2. Su diseño debe ser simple, lo que implica, entre otros aspectos, conservar la cantidad de información de entrada necesaria en un nivel mínimo. Proporcionar suiciente espacio para cada bit de información para permitir su ingreso a través de varios métodos (escritura a mano, máquina, procesador de palabras). 61 Tabla 3.2 Métodos para un diseño de costo mínimo Fundidos 1. Eliminar núcleos de arena secos (arena horneada). 2. Minimizar la profundidad para obtener fundidos más planos. 3. Utilizar un peso mínimo que sea consistente con el suiciente grosor para fundir sin enfriar. 4. Seleccionar formas sencillas. 5. Las formas simétricas generan un encogimiento uniforme. 6. Radio libre: sin esquinas puntiagudas. 7. Si las supericies van a ser precisas en relación una con la otra, si es posible deben estar en la misma parte del patrón. 8. Ubique las líneas de partición, de tal forma que ellas no afecten la apariencia y la utilidad, y no necesiten ser sujetadas a la tierra. 9. Especiique patrones múltiples en lugar de únicos. 10. Los patrones metálicos son preferibles a la madera. 11. Utilice moldes permanentes en lugar de patrones metálicos. Moldes 1. Elimine insertos de las partes. 2. Diseñe moldes con el menor número de partes. 3. Utilice formas sencillas. 4. Ubique las líneas de rebabas de tal manera que la rebaba no necesite ser aplanada o pulida. 5. Minimice el peso. Perforaciones 1. Utilice partes perforadas en lugar de partes moldeadas, fundidas, maquinadas o fabricadas. 2. Las perforaciones “anidadas” economizan material. 3. Los agujeros que requieran una relación precisa entre sí deben fabricarse con el mismo dado. 4. Diseñe el empleo de la existencia de bobinas. 5. Diseñe perforaciones para tener una longitud mínima de corte y una máxima resistencia del dado con el mínimo número de movimientos. Partes formadas 1. Embone partes en lugar de unirlas, soldarlas o fundirlas. 2. Empate bajo si es posible. 3. Radio libre en las esquinas. 4. Partes dobladas en lugar de empatadas. 5. Partes formadas de hilo o alambre en lugar de perforarlas a partir de una hoja. Partes fabricadas 1. Tornillos autocolocables en lugar de tornillos estándar. 2. Coloque remaches en lugar de tornillos estándar. 3. Remaches en lugar de tornillos. 4. Remaches huecos en lugar de sólidos. 5. Soldadura de punto o de proyección en lugar de remaches. 6. Soldadura en lugar de brazing o soldering. 7. Utilice fundidos de dado o partes moldeadas en lugar de construcción fabricada que requiera varias partes. Partes maquinadas 1. Utilice procesos de maquinado rotatorio en lugar de métodos de formado. 2. Utilice maquinado automático o semiautomático en lugar de operación manual. 3. Reduzca el número de soportes. 4. Omita los acabados cuando sea posible. 5. Utilice un acabado duro cuando sea satisfactorio. 6. Dimensione los dibujos desde algún punto como se utilizan en la fábrica en la medición e inspección. 7. Utilice esmerilado sin centro en lugar de esmerilados entre centros. 8. Evite las intrusiones y los contornos formados. 9. Permita un radio o corte en el soporte. Partes de la máquina destornilladora 1. Elimine una segunda operación. 2. Utilice existencia fría enrollada. 3. Diseñe el encabezado en lugar de la máquina de tornillos. 4. Utilice hebras enrolladas en lugar de hebras cortadas. Fuente: Adaptado de: American Machinist, hojas de referencia, 12a. ed., Nueva York, McGraw-Hill Publishing, Co. Partes soldadas 1. Construcción fabricada en lugar de fundidos o forjados. 2. Soldaduras de tamaños mínimos. 3. Soldaduras hechas en posición plana en lugar de vertical o sobrepuestas. 4. Elimine las orillas biseladas antes de soldar. 5. Utilice contornos “quemados” (contornos cortados con soplete) en lugar de contornos maquinados. 6. Distribuya las partes a cortar para sacar más provecho de las placas rectangulares estándar y evite el raspado. 7. Utilice soldadura intermitente en lugar de continua. 8. Diseñe soldadura circular o en línea recta para utilizar máquinas automáticas. Tratamientos y acabados 1. Reduzca el tiempo de horneado lo más posible. 2. Utilice aire seco en lugar del horneado. 3. Utilice menos capas o capas más delgadas. 4. Elimine totalmente los tratamientos y acabados. Ensamblados 1. Ensamble de manera sencilla. 2. Elabore los ensamblados progresivos. 3. Haga sólo un ensamblado y elimine los ensamblados de prueba. 4. Fabrique las partes de los componentes correctamente la primera vez, de tal manera que no se requiera de adecuaciones y ajustes en el ensamblado. Esto signiica que los diagramas deben ser precisos, con las tolerancias adecuadas y que las partes deben estar hechas de acuerdo con los diagramas. General 1. Reduzca el número de partes. 2. Reduzca el número de operaciones. 3. Reduzca la distancia de desplazamiento durante la manufactura. 3.3 Tolerancias y especificaciones 63 Figura 3.2 Rediseño de la parte con el fin de eliminar tres pasos. a) b) a) Se utilizó un proceso de cuatro etapas para doblar esta pieza de la forma deseada. Este procedimiento es ineiciente y ejerce presión en el metal en el lugar de los dobleces. (Cortesía de Alexandria Extrusion Company.) b) Esta pieza fue extruida en un solo paso y posteriormente se cortará en trozos de una determinada longitud. (Cortesía de Alexandria Extrusion Company.) Figura 3.3 Rediseño de la parte con el fin de eliminar múltiples piezas. a) 3. 4. 5. b) a) La parte original se diseñó en tres piezas que tuvieron que ser ensambladas. (Cortesía de Alexandria Extrusion Company.) b) El diseño mejorado de una sola pieza puede maquinarse como una pieza sólida. (Cortesía de Minister Machine Company.) La secuencia de la entrada de información se debe realizar a través de un patrón lógico. El formato debe contar con un código de colores que facilite la distribución y el enrutamiento. Limitar los formatos de computadora a una sola página. 3.3 TOLERANCIAS Y ESPECIFICACIONES El tercero de los nueve puntos del análisis de operaciones se reiere a las tolerancias y especiicaciones que se relacionan con la calidad del producto, esto es, su capacidad para satisfacer determinadas necesidades. A pesar de que las tolerancias y especiicaciones se consideran siempre cuando se revisa el diseño, en general esta medida no es suiciente: se deben considerar de manera independiente los diferentes aspectos de los métodos del análisis de operaciones. Los diseñadores suelen tener la tendencia a incorporar especiicaciones más rígidas de lo necesario cuando desarrollan un producto. Este sesgo se puede deber a una falta de conocimiento acerca del costo y a la idea de que es necesario especiicar tolerancias y especiicaciones más cercanas de las que en realidad se necesitan con el in de hacer que los departamentos de manufactura produzcan dentro del rango de tolerancia realmente requerido. Los analistas de métodos deben ser muy versados en los detalles del costo y estar conscientes de cómo las tolerancias demasiado estrechas o los rechazos innecesarios impactan al precio de venta. La igura 3.4 muestra la pronunciada relación que tiene el costo con el incremento de la severidad de las tolerancias de maquinado. Si los diseñadores son innecesariamente estrictos cuando establecen las tolerancias y especiicaciones, la gerencia debe implantar un programa de entrenamiento en el que se prueben de manera clara las economías de las especiicaciones. El desarrollo de productos de calidad de una manera que reduzca los costos representa el postulado principal del método de calidad instituido por Taguchi (1986). Este método involucra la combinación de métodos de ingeniería y estadísticos con el in de alcanzar mejoras en costo y calidad mediante la optimización del diseño del producto y de los métodos de manufactura. Este paso tiene por objetivo reducir el desecho que representa un procesamiento inapropiado. CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones 3 Costo relativo aproximado 64 2 1 0 0.010 0.010 0.010 Pulgadas de tolerancia (más o menos) Figura 3.4 Relación aproximada entre el costo y la tolerancia al maquinado. Maquinado fino (± 0.001) Maquinado estándar (± 0.005) Maquinado grueso (± 0.030) Los diagramas de los fabricantes especiican que los anillos de soporte del eje de un motor de CD deben tener una tolerancia de 0.0005 pulgadas. Las especiicaciones originales del diámetro interior deinen una tolerancia de 1.8105 a 1.8110 pulgadas. Esta tolerancia tan estricta fue considerada necesaria debido a que el anillo de soporte se encuentra hundido en el eje del motor. Diversas investigaciones revelaron que la tolerancia adecuada para ese hundimiento era de 0.003 pulgadas. El diagrama fue modiicado de inmediato con el in de especiicar un diámetro interior en el rango de 1.809 a 1.812 pulgadas. Este cambio signiicaba que la operación de rectiicado debía eliminarse debido a que alguien cuestionó la absoluta necesidad de una tolerancia tan estricta. Los analistas deben tomar en consideración el procedimiento ideal de inspección, que consiste en una veriicación de cantidad, calidad, dimensiones y funcionamiento. Por lo general, dichas inspecciones pueden llevarse a cabo a través de una variedad de técnicas: inspección a simple vista, inspección lote por lote o inspección del lote completo. La inspección a simple vista es una veriicación periódica que garantiza el cumplimiento de los estándares establecidos. Por ejemplo, la coniguración de una operación de troquelado y perforado sin precisión en una prensa de golpe debe pasar por una inspección a simple vista con el in de garantizar que se conserve el tamaño y que no se presenten rebabas. A medida que el troquel comience a desgastarse o a presentarse deiciencias en el material con el que se trabaja, la inspección a simple vista puede detectar el problema a tiempo con el in de realizar los cambios necesarios, sin que se presente una cantidad de rechazos signiicativa. La inspección lote por lote es un procedimiento de muestreo en el que se examina una muestra con el in de determinar la calidad de una corrida o de un lote. El tamaño de la muestra depende del porcentaje permitido de unidades defectuosas y del tamaño del lote de producción que se somete a revisión. Una inspección total implica la inspección de cada unidad producida y el rechazo de las unidades defectuosas. Sin embargo, la experiencia ha demostrado que este tipo de inspección no garantiza un producto perfecto. La monotonía de la inspección tiende a generar fatiga, lo que hace que la atención del operador disminuya. El inspector puede dejar pasar algunas partes defectuosas o rechazar algunas que estén bien. Debido a que un producto perfecto no puede garantizarse a través de este tipo de inspección, se puede lograr una calidad aceptable mediante el uso de métodos considerablemente más económicos como la inspección a simple vista o la inspección lote por lote. Por ejemplo, en una tienda, una cierta operación de pulido automático tenía una cantidad de rechazo normal de 1%. Realizar una inspección total a cada lote de bienes pulidos hubiera sido muy costoso. Por lo tanto, la administración decidió, con ahorros signiicativos, considerar que el porcentaje permitido de artículos defectuosos sería de 1%, cantidad que pasaría a las etapas de cromado y acabado, desechándose sólo en la inspección inal antes de su embarque. 3.4 Material Mediante la investigación de tolerancias y especiicaciones y la aplicación de medidas correctivas cuando sea necesario, las compañías pueden reducir los costos de inspección, minimizar el desperdicio, reducir los costos de reparación y mantener una elevada calidad. Al mismo tiempo, resuelven el problema de los desperdicios resultado de los productos defectuosos. 3.4 MATERIAL Una de las primeras cuestiones que un ingeniero debe tomar en cuenta cuando está en proceso de diseñar un nuevo producto es qué material debe utilizar. Debido a que la elección del material correcto puede ser compleja en razón de la gran variedad de productos disponibles, a menudo es más práctico incorporar un material mejor y más económico en un diseño existente. Los analistas de métodos deben considerar las posibilidades que se presentan a continuación para obtener los materiales directos o indirectos que utilizarán en un proceso: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Buscar un material más ligero y menos costoso. Buscar materiales que sean fáciles de procesar. Utilizar materiales de manera más económica. Utilizar materiales recuperables. Utilizar materiales y herramientas de manera más económica. Estandarizar materiales. Buscar al mejor proveedor desde el punto de vista del precio y de la disponibilidad. BÚSQUEDA DE UN MATERIAL MÁS LIGERO Y MÁS BARATO La industria desarrolla de manera continua procesos para producir y reinar materiales. Las publicaciones mensuales muestran el costo aproximado por peso (kg) de hojas de acero, barras y placas, así como el costo del hierro fundido, el acero fundido, al aluminio fundido, el bronce fundido, de las resinas termoplásticos y termoformados y de otros materiales básicos. Dichos costos pueden utilizarse como base a partir de la cual juzgar la aplicación de nuevos materiales. Un material cuyo precio que no era competitivo el día de ayer, puede ser competitivo en la actualidad. Una compañía utilizó las barras espaciadoras Micarta entre los devanados de las bobinas de transformadores. La separación de los devanados permitió la circulación de aire entre los devanados. Una investigación reveló que el tubo de vidrio podía ser sustituido por las barras Micarta con el subsecuente ahorro de dinero. Los tubos de vidrio eran más baratos y satisfacían mejor las necesidades de servicio debido a que el vidrio podía soportar temperaturas más elevadas. Además, los tubos ahuecados permitieron una mayor circulación de aire que las barras sólidas Micarta. Otra compañía utilizó un material más barato que aún satisfacía los requisitos de servicio de la producción y distribución de transformadores. Originalmente, una placa de porcelana separaba y mantenía las puntas del alambre que salían de los transformadores. La compañía descubrió que una placa resistía aun cuando el transformador estaba en operación, pero era signiicativamente más barata. En la actualidad, uno de los muchos tipos de plástico disponibles brinda soluciones más baratas. Otra preocupación de los fabricantes, especialmente en la actualidad, debido a los elevados costos de transporte consecuencia de los aumentos continuos del precio del petróleo crudo, es el peso del producto en sí. Encontrar un material más ligero o reducir la cantidad de materia prima que se utiliza es la preocupación principal. Un buen ejemplo se puede encontrar en la naturaleza cambiante de las latas de bebidas (vea la igura 3.5). A principio de los años setenta, todas las latas de acero pesaban 1.94 onzas (55 gramos) (vea la igura 3.5a). Mediante el reemplazo de la tapa superior y la inferior con discos de aluminio se pueden lograr ahorros en peso de aproximadamente 0.25 onzas (7 gramos) (vea la igura 3.5b). Fabricar toda la lata de aluminio puede reducir el peso total a 0.6 onzas (17 gramos), lo cual representa ahorros muy signiicativos en cuanto a peso (vea la igura 3.5c). Sin embargo, las paredes de la lata se hacen tan delgadas que pueden deformarse muy fácilmente. Este punto se resolvió mediante la creación de soportes en las paredes (vea igura 3.5d). Los analistas de métodos deben recordar que, por lo general, artículos tales como válvulas, relevadores, cilindros de aire, transformadores, partes de las tuberías, cojinetes, acopladores, cadenas, bisagras, hardware y motores pueden comprarse a un menor costo del que pueden ser fabricados. 65 66 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones Figura 3.5 Disminución del peso en las latas de bebidas. a) Todas las latas de acero desde el año 1970 pesaban 1.94 onzas (55 gramos). b) Lata de acero con tapa y base de aluminio desde el año 1975 pesaban 1.69 onzas (48 gramos). c) Todas las latas de aluminio desde el año 1980 pesaban 0.6 onzas (17 gramos). d ) Todas las latas de aluminio acanaladas desde el año 1992 pesan 0.56 onzas (16 gramos). (Cortesía de R. Voigt, Penn State.) a) b) c) d) BÚSQUEDA DE UN MATERIAL QUE SEA FÁCIL DE PROCESAR En general, algunos materiales se procesan más fácilmente que otros. Remitirse a los datos de manuales acerca de las propiedades físicas generalmente representa una ayuda para los analistas porque con base en ellos pueden discernir qué material reaccionará más favorablemente a los procesos a los que deberán sujetarse en su transformación de materia prima en productos terminados. Por ejemplo, el maquinado varía en proporción inversa con la dureza y ésta generalmente varía en proporción inversa con la resistencia. En la actualidad, el material más versátil son los compuestos reforzados. El moldeado de transferencia de resinas puede producir partes más complejas, lo cual representa una ventaja desde el punto de vista de la calidad y cantidad de producción respecto a la mayoría de los demás procedimientos de formado de plástico y metal. Por lo tanto, si especiica un plástico elaborado con ibras de carbón reforzado y epóxico, el analista puede sustituir un material compuesto por una parte metálica, con ventaja en cuanto a calidad y costo. Este paso también incluye el desperdicio o muda que representa un procesamiento inapropiado. USO MÁS ECONÓMICO DE MATERIALES La posibilidad de usar materiales de una manera más económica representa un campo fértil para el análisis. Si la relación entre el material de desecho y el que en realidad conforma el producto es alta, se debe buscar una mejor utilización del material. Por ejemplo, si el material que se coloca en un molde de compresión de plástico se pesa con antelación, es factible utilizar sólo la cantidad exacta que se requiera para llenar la cavidad y también eliminar la rebaba excesiva. En otro ejemplo, en la producción de estampados a partir de hojas metálicas se deben utilizar múltiples troqueles dispuestos con mucho cuidado con el in de garantizar el uso más eiciente del material. Debido a la materia prima sólida y los troqueles de tamaño estándar, por lo general esta tarea se hace mediante una distribución asistida por CAD, que proporciona eiciencias superiores a 95% (es decir, menos de 5% en desechos). Se utilizan métodos similares en la industria de la confección para diseñar patrones para ropa y en la industria del vidrio para cortar ventanas de diferentes tamaños. Sin embargo, si el material no es consistente, surgen problemas y es probable que el diseño deba ser realizado por un obrero. La producción de asientos de piel para automóviles requiere el diseño de troqueles de corte sobre un compartimiento de bronceado antes de entrar a una prensa rotatoria, la cual aplica presión en los troqueles para cortar la piel con los patrones adecuados. El operador requiere tener mucha habilidad para manejar cueros de vaca llenos de imperfecciones provenientes de marcas y alambres de púas, especialmente para maximizar el uso de la piel que es demasiado costosa (vea la igura 3.6). Muchos fabricantes de clase mundial se han percatado de que no sólo es deseable sino absolutamente necesario eliminar peso de sus diseños. Por ejemplo, los ingenieros de Ford tratan de reducir 3.4 Material 67 Figura 3.6 Distribución de los troqueles de corte sobre una base bronceada antes de ingresar a la prensa rotatoria (observe la cuidadosa distribución de los troqueles con el fin de maximizar el uso de la costosa piel). 40% del peso para que el Taurus pueda alcanzar una eiciencia de 80 millas/galón. Esto va a requerir que un recubrimiento de acero inoxidable con aluminio de alta resistencia reemplace a las defensas de acero cromadas, así como un mayor uso de plásticos y que compuestos estructurales sustituyan a los componentes ferrosos. Una reducción de peso similar se está presentando en muchos otros productos de uso común como las lavadoras, las videocámaras, las grabadoras de video, las maletas y las televisiones. En la actualidad, los recubrimientos a base de polvos representan una tecnología probada que está reemplazando a muchos otros métodos de acabado metálico. Los polvos de recubrimiento son partículas inas fragmentadas de polímeros orgánicos (acrílico, epóxico, poliéster o mezclas) que generalmente contienen pigmentos, material de relleno y aditivos. El recubrimiento a base de polvo requiere la aplicación de una formulación apropiada a un substrato, el cual posteriormente se fusiona en una película continua mediante la aplicación de calor, lo cual forma un acabado protector y decorativo. En vista de que las leyes ambientales actuales afectan las operaciones tradicionales de acabado metálico, tales como el electro-cromado y la pintura por inyección, los recubrimientos a base de polvos permiten contar con un ambiente más seguro y limpio. Esta metodología también puede ofrecer un acabado durable, atractivo y económico a las supericies metálicas que se utilizan en muchos productos comerciales, tales como estantería de alambres, cajas de control, enganchado de tráilers, medidores de agua, pasamanos, cubiertas de botes, divisiones para las oicinas y palas para la nieve. USO DE MATERIALES RESCATADOS A menudo, los materiales pueden ser rescatados en lugar de venderse como desperdicio. En ocasiones, los productos derivados de una porción no trabajada o que se encuentran en la sección de desperdicios pueden proporcionar grandes posibilidades de ahorro. Por ejemplo, un fabricante de compartimientos para enfriar de acero inoxidable tenía que desechar secciones de 4 por 8 pulgadas de ancho como desperdicio de un corte. Un analista identiicó a las cubiertas de los contactos de luz como un posible producto derivado. Otro fabricante, después de rescatar la inserción de acero adherido a anillos de hule defectuosos, utilizó los rollos cilíndricos de hule como defensas para proteger lanchas de motor y veleros. Si no es factible desarrollar un producto derivado, los materiales de desecho deben separarse con el in de obtener pedazos grandes de desperdicio. Luego se deben colocar en contenedores independientes para el acero de herramientas, acero, latón, cobre y aluminio. Al personal que recoge la viruta y a los barredores se les debe instruir para que mantengan separado el desperdicio. Por ejemplo, para los focos eléctricos, la base de latón puede almacenarse en un área y después de que se rompa la bombilla de vidrio y se deseche, se quita el ilamento de tungsteno y se almacena de manera independiente ya que tiene un gran valor residual. Muchas compañías guardan las cajas de madera de los embarques que llegan y después serruchan las tablas en longitudes estándar para utilizarlas 68 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones en la manufactura de cajas para los embarques que van a enviar. Por lo general esta práctica resulta económica y en la actualidad muchas industrias así como centros de mantenimiento y servicio la han puesto en práctica. Existen también algunos ejemplos interesantes en la industria alimenticia. Un fabricante de tofu procesa los frijoles, separa el material proteico comestible y desecha toneladas de ibra. En lugar de pagar para que la lleven a un basurero, la regala a los granjeros locales para alimentar cerdos siempre y cuando ellos vayan a recogerla. De manera similar, los empacadores de carne utilizan todas las partes de la res: pellejos, huesos y aun la sangre, todo menos el mugido. UTILIZACIÓN TOTAL DE LAS HERRAMIENTAS Y ACCESORIOS La administración debe estimular el uso de todos los accesorios. Un fabricante de equipo para la industria lechera implantó la política de que no se entregaría soldadura a los trabajadores que no devolvieran las puntas viejas que tuvieran una longitud menor de 2 pulgadas. El costo de la soldadura se redujo de inmediato más de 15%. Por lo general el soldar o utilizar el proceso de soldadura brazing son las formas más económicas de reparar herramientas de corte costosas, tales como brochas, herramientas con forma especial y cortadores de molinos. Si ha sido una práctica de la compañía desechar herramientas rotas de esta naturaleza, el analista debe investigar los ahorros potenciales que representa la implantación de un programa de rescate de ellas. Los analistas también pueden encontrar utilidad a porciones no desgastadas de las sierras de pulido, discos de esmeril y así sucesivamente. Asimismo, artículos como guantes y trapos no deben ser desechados simplemente porque están manchados. Almacenar artículos sucios y después lavarlos es menos costoso que reemplazarlos. Los analistas de métodos pueden hacer una contribución real a una compañía si simplemente minimizan el desperdicio o las mudas mediante un sistema TPS (Sistema de Producción Toyota). ESTANDARIZACIÓN DE MATERIALES Los analistas de métodos siempre deben estar alertas ante la posibilidad de estandarización de materiales. Deben minimizar los tamaños, formas, calibres, etc. de cada material que se utilizan en los procesos de producción y ensamblado. Las economías que por lo general resultan de la reducción de los tamaños y calibres de los materiales empleados incluyen las siguientes: ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ Las órdenes de compra se utilizan en grandes cantidades, las cuales casi siempre son menos caras que por unidad. Los inventarios son menores puesto que debe almacenarse menos material de reserva. En los registros del almacén se deben hacer menos ingresos de material. Se deben pagar menos facturas. Se necesita menos espacio para almacenar los materiales en la bodega. La inspección por muestreo reduce el número total de partes inspeccionadas. Se necesitan menos cotizaciones de precios y órdenes de compra. La estandarización de materiales, de la misma manera que otras técnicas para la mejora de métodos, es un proceso continuo. Requiere de la cooperación continua de los departamentos de diseño, producción, planeación y compras y se acopla de una manera sorprendente con el sistema 5S. BÚSQUEDA DEL MEJOR PROVEEDOR Muchos proveedores cotizan diferentes precios, ofrecen distintos niveles de calidad, tiempos de entrega y muestran diversa disposición para mantener inventarios de la gran mayoría de materiales, accesorios y partes. En general, es responsabilidad del departamento de compras seleccionar al mejor proveedor. Sin embargo, puede ser que el mejor proveedor del año pasado no sea el mejor este año. Los analistas de métodos deben estimular al departamento de compras a negociar los materiales, accesorios y partes de mayor costo para obtener mejores precios y calidad superior y con el in de incrementar la existencia de proveedores, y que ellos estén de acuerdo en mantener inventarios para 3.5 Secuencia y proceso de fabricación sus clientes. No es raro que los analistas de métodos logren una reducción de 10% del precio de los materiales y una reducción de 15% de los inventarios si aplican este método de forma regular a través de los departamentos de compras. Quizá la razón más importante que explica el éxito continuo de los japoneses en el sector manufacturero sea el keiretsu. Ésta es una forma de organización de las empresas y la manufactura que mantiene unidos a los negocios. Se puede ejempliicar como una telaraña de relaciones entrelazadas entre fabricantes, a menudo entre un fabricante grande y sus principales proveedores. Por lo tanto, en Japón, compañías como Hitachi y Toyota y otros competidores internacionales pueden adquirir partes de sus productos a sus proveedores regulares que producen con la calidad deseada y continuamente intentan introducir mejoras para poder cobrar menores precios a las irmas que integran sus redes. Con frecuencia, los departamentos de compras pueden crear relaciones con los proveedores comparables con la llamada producción keiretsu. 3.5 SECUENCIA Y PROCESO DE FABRICACIÓN A medida que la tecnología de manufactura del siglo xxi elimina la manufactura de trabajo intensivo a favor de los procedimientos que requieren inversiones masivas de capital, el ingeniero de métodos se debe enfocar en el maquinado y ensamblado multieje y multifuncional. Los equipos modernos pueden cortar a velocidades más elevadas en máquinas más precisas, rígidas y lexibles que utilizan controles avanzados y grandes herramientas. Las funciones de programación permiten la calibración durante y después del proceso en el que se prueba la sensibilidad y la compensación de la herramienta, lo cual permite un control de calidad iable. El ingeniero de métodos debe comprender que el tiempo empleado en el proceso de manufactura se divide en tres pasos: control y planeación de inventarios, operaciones de coniguración (setup) y manufactura del proceso. Además, no es nada raro encontrar que la suma de estos procedimientos representa sólo cerca de 30% de eiciencia desde el punto de vista de la mejora. Para mejorar el proceso de manufactura, el analista debe considerar 1) la modiicación de las operaciones; 2) la mecanización de las operaciones manuales; 3) la utilización de recursos más eicientes en las operaciones mecánicas; 4) la operación de los recursos mecánicos de manera más eiciente; 5) la fabricación cercana a la forma inal (manufactura de forma neta); y 6) la utilización de robots; todo lo anterior permite manejar el desperdicio (muda), resultado de un procesamiento inapropiado. MODIFICACIÓN DE OPERACIONES Con frecuencia, la modiicación de operaciones da como resultado ahorros. Como ejemplo, la pestaña de una caja de motor requería de la perforación de cuatro agujeros, uno en cada esquina. Asimismo, la base tenía que ser pareja y plana. Al principio, el operador comenzó por esmerilar la base y después taladró los cuatro agujeros utilizando una sierra. El trabajo de perforado generó rebabas, las cuales tuvieron que removerse como parte de otra etapa. Ante ello, se modiicó la operación de tal forma que los agujeros se perforaran primero y después se ijara la base, con lo cual se eliminó la etapa de remoción de rebaba, debido a que el esmerilado de la base la expulsó de manera automática. Por lo general, mediante la combinación de operaciones se reducen los costos. Por ejemplo, un manufacturero fabricó el soporte de los motores y la caja de salida de sus ventiladores eléctricos. Después de pintar las partes por separado, los operadores las remacharon entre sí. Mediante el remachado de la caja de salida del soporte del motor antes de pintarla, los analistas redujeron apreciablemente el tiempo de la operación de pintado. De manera similar, mediante el uso de una máquina más compleja que combine varias operaciones, se puede reducir el tiempo para producir la pieza terminada e incrementar la productividad (vea la igura 3.7). A pesar de que la máquina puede ser más cara, se pueden lograr ahorros signiicativos en la reducción de los costos de mano de obra. En otro ejemplo, el mercado de cabezas de cilindro de aluminio está creciendo, y las fundidoras están percatándose de que es productivo ir del proceso de fundición de moldes de acero al proceso de hule espuma perdido. Este último es un procedimiento de fundición invertida que utiliza un modelo desechable de espuma de poliestireno rodeado de una carcasa cerámica delgada. La fundición en moldes de acero requiere de un considerable maquinado subsecuente. En comparación, el proceso 69 70 CAPÍTULO 3 a) Análisis de operaciones b) Figura 3.7 Combinación de operaciones para eliminar etapas de proceso. El material que se muestra en b) se corta a la medida y se enrosca en un solo paso en el torno Citizen CNC que se muestra en a) para dar como resultado la pieza terminada que se muestra en c). c) a) Torno CNC de Citizen. (Cortesía de Jergens, Inc.) b) Materia prima. (Cortesía de Jergens, Inc.) c) Pieza terminada. (Cortesía de Jergens, Inc.) basado en el hule espuma perdido reduce la cantidad de maquinado y también elimina los costos de desecho de la arena normalmente asociados con la inversión de la fundición. Sin embargo, antes de modiicar cualquier operación, el analista debe tener en cuenta los efectos negativos en las operaciones subsecuentes a lo largo de la línea de producción. La reducción de costos de una operación podría resultar en costos más elevados de otras operaciones. Por ejemplo, un cambio en la manufactura de bobinas de campo de AC dio como resultado la elevación de los costos y, por lo tanto, no fue algo práctico. Las bobinas de campo estaban hechas de tiras pesadas de cobre, las cuales se formaron y después se aislaron con película de mica. Dicha película fue colocada a mano en las diferentes partes de la bobina. La compañía decidió envolver las tiras de cobre a máquina antes de colocarlas en las bobinas. Esta medida no mostró ser práctica, ya que la formación de las bobinas rompió la película de mica, por lo que se necesitaron reparaciones que consumieron mucho tiempo antes de que el producto fuera aceptado. MECANIZACIÓN DE LAS OPERACIONES MANUALES En la actualidad, todo analista de métodos práctico debe tener en cuenta el uso de equipo y herramientas automáticos de propósito especial, particularmente si las cantidades que se desean producir son grandes. Entre las últimas ofertas signiicativas de la industria se pueden mencionar las máquinas controladas por programa, las de control numérico (NC) y las controladas por computadora (CNC) así como otros equipos. Todos ellos generan ahorros substanciales en costos de mano de obra y tienen las ventajas siguientes: reducción del inventario del trabajo en proceso, menos partes dañadas debido al manejo, menos desperdicios, menor utilización de espacio y un tiempo de producción menor. Por ejemplo (vea la igura 3.8), mientras que se necesitan dos operadores para usar una máquina herramienta operada manualmente, sólo se requiere uno para utilizar una máquina herramienta controlada por computadora. El uso de un brazo robotizado que opere una máquina herramienta totalmente automatizada ni siquiera requerirá de un operador, lo cual reduce de manera considerable los costos de mano de obra (con la salvedad de que los costos iniciales de capital serán mayores). 3.5 a) c) b) d) Secuencia y proceso de fabricación 71 Figura 3.8 Mediante la mecanización de operaciones manuales se pueden reducir los costos de mano de obra. a) Se requieren dos personas para operar manualmente la máquina herramienta. b) Una máquina herramienta controlada por computadora actual sólo requiere de un operador. c) Una máquina herramienta de última generación controlada por computadora aún requiere de un operador pero puede realizar más operaciones. d ) Un brazo robotizado que opera una máquina herramienta totalmente automatizada no requiere operadores. [a) © Yogi, Inc./CORBIS; b) © Molly O’Bryon Welpott; c) y d ) Cortesía de Okuma.] Entre otros equipos automáticos se incluyen las máquinas automáticas para destornillar; las perforadoras con múltiples brocas, perforadoras y máquinas de intrusión; máquinas herramienta de mesa indexada; equipo de fundición automática que combina la fabricación automática de moldes de arena, vertido, mezclado y esmerilado; y el equipo para dar el acabado de pintura y cromado. El uso de herramientas eléctricas para ensamblado, tales como los desarmadores eléctricos, los martillos neumáticos y eléctricos y los alimentadores mecánicos, es a veces más económico que el uso de herramientas manuales. Para ilustrar, una compañía que produce ventanas especiales utilizaba métodos manuales para prensar las guías sobre ambos extremos de la placa de vidrio de las ventanas que había sido cubierta con una envoltura de hule sintético. Las placas de vidrio se mantenían en posición mediante dos supericies acolchonadas que se mantenían unidos entre sí mediante métodos neumáticos. El operador levantaba la guía y la colocaba sobre el extremo del vidrio de una ventana y después levantaba el mazo y martillaba la guía para colocarla en su posición sobre el vidrio. La operación era lenta y traía como consecuencia que el operador sufriera de un gran número de lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con su trabajo. Además, el desperdicio era considerable debido a la ruptura de vidrios producida por los golpes de las guías sobre el vidrio. Ante ello, se diseñó un nuevo método que de manera neumática aprisionaba las guías del vidrio de la ventana sobre una envoltura de hule sintético. Con mucho entusiasmo, los operadores aceptaron este nuevo método debido a que el trabajo era mucho más fácil; los problemas de salud desaparecieron, aumentó la productividad y la ruptura de vidrio descendió a niveles cercanos a cero. La mecanización se aplica no sólo a la operación de procesos, sino también al papeleo administrativo. Por ejemplo, las aplicaciones de los códigos de barras pueden ser invaluables para el analista de operaciones. Mediante los códigos de barras se pueden ingresar de manera rápida y precisa una gran variedad de datos. En consecuencia, las computadoras pueden manipular datos para alcanzar un objetivo deseado como, por ejemplo, el conteo y control de inventarios, el enrutamiento de artículos especíicos hacia o a través de un proceso, o la identiicación del estado de avance o del operador que en ese momento trabaja en cada artículo en un proceso en marcha. 72 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones UTILIZACIÓN DE INSTALACIONES MECÁNICAS MÁS EFICIENTES Si una operación se lleva a cabo mecánicamente, siempre existe la posibilidad de emplear medios más eicientes de mecanización. En una compañía, por ejemplo, las bases de las aspas de las turbinas se maquinaban mediante tres operaciones independientes de fresado. Tanto el tiempo del ciclo como los costos eran elevados. Cuando se introdujo el punzón externo, las tres supericies podían terminarse de una vez, con los considerables ahorros en costo y tiempo. Otra compañía no vislumbró la posibilidad de utilizar una operación de prensado. Este proceso es uno de los más rápidos para el formado y el dimensionamiento de procesos. Un soporte estampado tenía cuatro agujeros que se perforaban después de que el soporte se había formado. Mediante el uso de un dado diseñado para perforar los agujeros, el trabajo pudo realizarse en una fracción del tiempo que se empleaba anteriormente. La mecanización del trabajo se aplica a otras áreas, además del trabajo manual. Por ejemplo, una compañía de la industria alimenticia debía veriicar el peso de varias líneas de producto con una báscula. Este equipo requería que el operador observara el peso visualmente, lo registrara en un formulario y, posteriormente, llevara a cabo varios cálculos. Un estudio de ingeniería de métodos dio como consecuencia la introducción de un sistema estadístico para controlar el peso. Con este método mejorado, el operador pesa el producto en una báscula digital programada para aceptar el producto dentro de un cierto rango de peso. A medida que el producto se pesa, la información relativa al peso se transiere a una computadora personal que compila la información e imprime el reporte que se desea. OPERACIÓN DE INSTALACIONES MÉCANICAS DE MANERA MÁS EFICIENTE Una buena consigna de los analistas de métodos es ésta: “Diseñe por dos al mismo tiempo”. En general, la operación de múltiples dados en el trabajo de prensado es más económica que la operación de una sola etapa. De nuevo, múltiples cavidades en el fundido de dados, moldeo y procesos similares son opciones viables cuando existe un volumen suiciente. En las operaciones con máquinas, los analistas deben asegurarse que se utilicen los alimentadores y las velocidades apropiadas. Ellos deben investigar el ailado de las herramientas de corte para obtener un máximo beneicio. Deben veriicar que las herramientas de corte se encuentran montadas adecuadamente, que se utilice el lubricante correcto y que la máquina herramienta esté en buenas condiciones y reciba el mantenimiento adecuado. Muchas máquinas herramienta trabajan a sólo una fracción de su eiciencia. Promover que se trabajen las herramientas mecánicas de una manera más eiciente casi siempre genera dividendos. FABRICACIÓN CERCANA A LA FORMA FINAL Utilizando un proceso de manufactura que genere componentes más cercanos a la forma inal (manufactura de forma neta) se puede maximizar el uso de material, reducir el desperdicio, minimizar el procesamiento secundario tal como el maquinado y terminado inales y permite fabricar con materiales menos dañinos para el ambiente. Por ejemplo, la formación de partes con polvos metálicos (PM) en lugar del fundido y el forjado convencionales a menudo permite fabricar formas casi inales para muchos componentes, lo que genera ahorros económicos enormes, así como ventajas funcionales. En el caso de polvos metálicos forjados en forma de varillas, se ha reportado que éstos han reducido la masa recíprocante de alternativas en competencia, lo cual produce menos ruido y vibración así como mayores economías de costos. CONSIDERACIÓN DEL USO DE ROBOTS Por razones de productividad y costos, en la actualidad es importante considerar el uso de robots en muchas áreas de manufactura (vea la igura 3.9). Por ejemplo, las áreas de ensamblado incluyen trabajo que típicamente contiene un alto costo de mano de obra directa, que en algunos casos representa más de la mitad del costo de manufactura de un producto. La ventaja principal de integrar un robot moderno en el proceso de ensamblado es su inherente lexibilidad. Estos mecanismos pueden ensamblar múltiples productos en un solo sistema y ser programados para manejar varias tareas con 3.5 Secuencia y proceso de fabricación 73 variaciones en las partes. Además, el ensamblado mediante el uso de un robot puede proporcionar una calidad repetida de manera permanente y predecir el rendimiento de la producción. El tiempo de vida típico de un robot es de 10 años. Si recibe un buen mantenimiento y se utiliza para mover pequeñas cargas, su vida puede extenderse hasta 15 años. Como consecuencia, la depreciación del costo de un robot puede ser relativamente insigniicante. También, si el tamaño y la coniguración de un determinado robot son adecuados, puede utilizarse en una gran variedad de operaciones. Por ejemplo, podría utilizarse para cargar un troquel de fundición, para cargar un tanque de enfriamiento, para cargar y descargar una operación de forjado de una placa, para cargar un aparato para lavar placas de vidrio, etc. En teoría, un robot del tamaño y coniguración correctos puede ser programado para hacer cualquier tipo de trabajo. Además de las ventajas de la productividad, los robots también ofrecen ventajas en seguridad, pues pueden utilizarse en centros de trabajo donde existe peligro para el trabajador debido a la naturaleza del proceso. Por ejemplo, en un proceso de fundición con troqueles, puede existir una probabilidad considerable de peligro debido a las salpicaduras de metal hirviendo cuando el metal fundido se inyecta en la cavidad del troquel. Una de las primeras aplicaciones de los robots fue en el fundido de dados. En una compañía, un robot de cinco ejes desarrollado por la compañía Unimation, Inc., opera una máquina de fundido a troquel de 600 toneladas controlada por un microprocesador. En la operación, el robot Línea del flujo a) Soldadura b) Fundición a troquel y alimentación de la prensa Control de Banda Banda transportadora transportadora supervisión de entrada de transferencia Arandela Banda transportadora de salida Silo Estación de remoción Robot de rebabas Elevador Entrada del Máquina flujo de Estación de Máquina fundido inspección Base de para barrenar para barrenar y fresar almacenamiento c) Centro de maquinado d ) Ensamblado Figura 3.9 Dibujo que ilustra algunas de las aplicaciones industriales más comunes de los robots. a) Se muestra un robot para soldadura, pero por lo general se pueden utilizar varios de ellos a lo largo de una línea de ensamble automotriz. b) En una aplicación de fundido a troquel, un robot descarga las máquinas para el fundido, realiza operaciones de enfriamiento y carga material en una prensa. c) La línea de producción de maquinado se utiliza para producir las camisa de las levas. d ) La línea de ensamble utiliza una combinación de robots, alimentadores de partes y operadores humanos. 74 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones se mueve de posición cuando el troquel se abre, toma la pieza fundida por su agarradera y la retira de la cavidad. Al mismo tiempo, comienza a rociar automáticamente el lubricante en el troquel. El robot despliega la pieza fundida a través de escáneres infrarrojos, después envía señales a la máquina fundidora para aceptar otro lujo de lubricante. El metal fundido se deposita por medio de un robot en una estación de salida para su recorte. En este punto, un operador, ubicado en un sitio lejano de la máquina fundidora, recorta con seguridad la pieza fundida y la prepara para operaciones subsecuentes. Los fabricantes de automóviles otorgan una importancia particular en el uso de robots para efectuar las soldaduras. Por ejemplo, en Nissan Motors, 95% de las soldaduras que se realizan en sus vehículos se llevan a cabo por medio de robots; por su parte, Mitsubishi Motors reportó que aproximadamente 70% de sus procesos de soldado se llevan a cabo mediante robots. En estas compañías, los tiempos perdidos promedian menos de 1%. 3.6 CONFIGURACIÓN Y HERRAMIENTAS Uno de los elementos más importantes de todas las formas de elementos de sujeción, herramientas y coniguraciones del trabajo es la economía. La cantidad de herramental más ventajosa depende de 1) la cantidad de la producción, 2) las acciones repetidas, 3) la mano de obra, 4) los requisitos de entrega y 5) el capital que se requiere. El error más usual del personal que se encarga de la planeación y de los fabricantes de herramientas es invertir dinero en instalaciones o accesorios que generan un ahorro signiicativo cuando están en uso pero que muy rara vez se utilizan. Por ejemplo, un ahorro de 10% en costos directos de mano de obra en un trabajo que se realiza de manera constante probablemente justiique un mayor gasto en herramientas que ahorros de 80 o 90% en un pequeño trabajo que sólo aparece en el calendario de programación algunas veces al año. (Éste es un ejemplo del análisis de Pareto, del capítulo 2.) La ventaja económica de menores costos de mano de obra es el factor de control para determinar el herramental; en consecuencia, puede ser deseable el uso de guías para fabricar piezas idénticas y accesorios, aun cuando sólo estén involucradas pequeñas cantidades. Otras consideraciones, tales como un mayor intercambio, una mayor precisión o la reducción de problemas de mano de obra pueden ser las razones dominantes para emplear herramental elaborado, aunque éste generalmente no es el caso. En el capítulo 9, en la sección sobre diagramas de cobertura de gastos, se analiza un ejemplo del compromiso entre los costos de los accesorios y de las herramientas. Una vez que se ha determinado la cantidad necesaria de herramental (o si el herramental ya existe, una vez que la cantidad ideal necesaria se ha determinado), se deben evaluar las consideraciones especíicas para producir los diseños más favorables. Estas cuestiones se enumeran en la Lista de veriicación para evaluar la coniguración y el herramental que se muestra en la igura 3.10. La coniguración va de la mano con el herramental, ya que éste invariablemente determina los tiempos de coniguración y arranque. Cuando hablamos del tiempo de coniguración, generalmente incluimos aspectos tales como ponerse de acuerdo acerca del trabajo a realizar; generar instrucciones, diagramas, herramientas y material; preparar las estaciones de trabajo de tal manera que la producción pueda comenzar de la manera prescrita (conigurar herramientas; ajustar los topes; conigurar los alimentadores y la profundidad de corte; y así sucesivamente); desmontar la coniguración; y devolver las herramientas a su caja. Las operaciones de coniguración (setup) son especialmente importantes en los lugares de trabajo donde las corridas de producción tienden a ser pequeñas. Aun si este tipo de lugares cuentan con modernas instalaciones y dedican un gran esfuerzo, es probable que tengan problemas en igualar a la competencia si las coniguraciones son muy largas debido a una pobre planeación y un herramental ineiciente. Cuando la relación entre el tiempo de coniguración y el tiempo de corrida de la producción es muy grande, un analista de métodos puede desarrollar varias formas para mejorar la coniguración y el herramental. Una opción signiicativa es un sistema de tecnologías de grupos. La esencia de la tecnología de grupo radica en la clasiicación de los diferentes componentes de los productos de la compañía, de tal manera que las partes similares en forma y en secuencia de procesamiento sean idénticas desde un punto de vista numérico. Las partes pertenecientes al mismo grupo de familia, como por ejemplo, anillos, mangas, discos y collares, están programadas para su producción durante el mismo intervalo en una línea de producción de propósito general conigurada en la secuencia óptima de operación. 3.6 75 Configuración y herramientas Soporte 1. ¿Puede un soporte utilizarse para producir otros diseños similares para introducir ventajas? 2. ¿Será similar el soporte a algunos otros que se han utilizado para generar ventajas? Si es así, ¿cómo podría usted mejorarlos? 3. ¿Puede utilizarse la existencia de material existente para hacer un soporte? 4. ¿Puede incrementarse la producción si se coloca más de una parte en un soporte? 5. ¿Pueden removerse fácilmente las rebabas de los soportes? 6. ¿Son los sujetadores de un soporte lo suficientemente resistentes para evitar que se tuerzan cuando se aprieten? 7. ¿Deben diseñarse llaves especiales para trabajar con los soportes? 8. ¿Deben diseñarse fresas especiales, pérgolas o collares para instalarse con el soporte? 9. Si el soporte es del tipo rotatorio, ¿ha diseñado usted un arreglo adecuado de indexado? 10. ¿Puede un soporte utilizarse en una cabeza de indexado rotatorio estándar? 11. ¿Puede hacerse que el soporte maneje más de una operación? 12. Al diseñar un soporte, ¿ha acercado un trabajo lo más próximo a la mesa de la fresadora como le haya sido posible? 13. ¿Puede calibrarse el trabajo en el soporte? ¿Puede utilizarse un calibrador de presión? 14. ¿Puede usted utilizar remaches para ayudar a detener el trabajo mientras se está fresando? 15. ¿Colocó resortes debajo de todas las mordazas? 16. ¿Están endurecidos todos los puntos de contacto de acero, mordazas, etcétera? 17. ¿Qué tipo o clase de soportes desea diseñar? 18. ¿Puede usted utilizar doble o triple rosca en un tornillo que detiene el trabajo en el soporte, de tal forma que tomará menos vueltas para sacar el tornillo fuera de su posición para remover la parte más rápido? 19. ¿Puede un fabricante de herramientas hacer la guía o soporte? 20. ¿Son las piernas de la guía o soporte lo suficientemente largas para permitir que el taladro, el escariador o el piloto del escariador pase a través de la parte una distancia razonable sin hacer contacto con la mesa de la prensa del taladro? 21. ¿Son las guías o soportes muy pesadas para ser manejadas? 22. ¿Se identifica la guía o el soporte con el número de ubicación para almacenarse y un número de parte que identifica la parte o partes que la guía ayuda a producir? 23. ¿Está la pieza soportada adecuadamente de tal forma que la fuerza de sujeción no lo doble o quiebre? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Pieza 1. ¿Ha sido sometida la pieza a una operación anterior? Si es así, ¿puede usted utilizar cualquiera de estos puntos o superficies para colocarla o fijarla? 2. ¿Puede la parte colocarse rápidamente en el soporte? 3. ¿Puede quitarse la parte rápidamente del soporte? 4. ¿Está la parte soportada firmemente de tal manera que no puede trabajar floja, con juego o interferir con la herramienta mientras se lleva a cabo el corte? (El corte debe realizarse en contra de la parte sólida del soporte y no en contra de la mordaza) 5. ¿Puede fresarse la parte en un torno estándar armando un conjunto de quijadas especiales, por lo tanto, suprimiendo un soporte costoso? 6. Si la parte va a ser fresada a un ángulo, ¿podría simplificarse el soporte utilizando un ángulo de fresado ajustable estándar? 7. ¿Pueden fundirse las agarraderas de la parte que se va a maquinar para que usted pueda sujetarla? 8. ¿Ha escrito usted una nota en el diagrama o estampado todas las partes sueltas indicando las guías para las que fueron hechas, de tal manera que las partes perdidas o colocadas fuera de su lugar puedan regresarse a sus guías cuando se encuentren? 9. ¿Están redondeadas todas las esquinas necesarias? Sí No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Taladros 1. ¿Qué le da el empuje al taladro? 2. ¿Puede usted utilizar cualquier remache o tornillo para sujetar la pieza mientras está siendo perforada? 3. ¿Son los cojinetes del taladro tan largos que sea necesario hacer agujeros de extensión? 4. ¿Están colocados los sujetadores de tal manera que resistan o ayuden a resistir la presión del taladro? 5. ¿Tiene la prensa del taladro las velocidades necesarias para el perforado y escariado de todos los orificios? 6. ¿Debe tener la prensa de perforado un anexo de intrusión? 7. El perforado y escariado de varios orificios pequeños y sólo uno grande en las guías no es práctico debido a que se pueden obtener resultados más rápidamente si se perforan agujeros pequeños sobre una prensa de perforado más pequeña, mientras que sólo tener uno grande requerirá que se utilice la guía en una máquina grande: a) ¿Es más barato perforar el agujero grande en otra guía o soporte? b) ¿El resultado será lo suficientemente preciso? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Varios 1. ¿Puede diseñarse un calibrador o añadirse remaches endurecidos para ayudar al operador a configurar los cortadores de molido o verificar el trabajo? 2. ¿Existe una gran cantidad de espacio para que las abrazaderas de la pérgola pasen sobre el trabajo sin que se impacten? Sí No ❑ ❑ ❑ ❑ Figura 3.10 Lista de verificación para evaluar la configuración y el herramental. 76 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 Sin subformas 1 Cambio o escalón en un lado 2 Cambio o escalón en dos lados 3 Con pestañas, protuberancias 4 Con bifurcación o ranurado abierto o cerrado 5 Con orificio 6 Con orificio y cuerdas Figura 3.11 Subdivisión del sistema de agrupamiento para tecnología de grupos. 7 Con ranuras o nudos 8 Con extensiones complementarias Puesto que tanto el tamaño como la forma de las partes de una determinada familia varían de manera considerable, por lo general la línea está equipada con accesorios y soportes tipo universal y de acción rápida para fabricar piezas idénticas. Este método también es acorde con la eliminación de desperdicios (mudas) de un inventario excesivo y con el pilar de las 5S de la estandarización. Como ejemplo, la igura 3.11 muestra un sistema de agrupamiento subdividido en nueve clases de partes. Observe la similitud de las partes en cada columna vertical. Si fuéramos a maquinar un eje con rosca exterior y un agujero parcial en un extremo, la parte se identiicaría como Clase 206. TIEMPO DE CONFIGURACIÓN (SETUP) REDUCIDO Las técnicas de justo a tiempo (JIT), la cuales se popularizaron en años recientes, hacen hincapié en la reducción de los tiempos de coniguración hasta el mínimo mediante su simpliicación o eliminación. El Sistema SMED (cambio de dado en sólo un minuto) del sistema de producción Toyota, TPS (Shingo, 1981) representa un buen ejemplo de este método. Con frecuencia, una gran parte del tiempo de coniguración puede eliminarse si se garantiza que la materia prima respete las especiicaciones, que las herramientas estén ailadas y que los accesorios estén disponibles y en buenas condiciones. En ocasiones, puede ser más eiciente la producción en lotes más pequeños. Los tamaños de lote más pequeños pueden permitir que los inventarios sean más pequeños, con menos problemas de costos de transporte y de almacenamiento, tales como contaminación, corrosión, deterioro, obsolescencia y robo. El analista debe comprender que la reducción del tamaño de los lotes dará como consecuencia un incremento de los costos totales de coniguración de la misma cantidad total de producción en un periodo determinado. Cuando se intenta reducir el tiempo de coniguración se deben tomar en cuenta varios aspectos: 1. 2. 3. 4. El trabajo que pueda realizarse mientras el equipo esté en operación deberá hacerse en el momento. Por ejemplo, la preconiguración de las herramientas del equipo de control numérico (NC) puede hacerse mientras la máquina se encuentre trabajando. Uso de elementos de sujeción más eicientes. En general, los sujetadores de acción rápida que emplean acción de levas, palancas, cuñas, etc., son mucho más rápidos, proporcionan una fuerza adecuada y son generalmente una buena opción respecto a los sujetadores de rosca. Cuando sea necesario utilizar sujetadores de rosca (como fuerza sujetadora), las arandelas C o los agujeros rasurados se pueden emplear de tal manera que las tuercas y tormillos no tengan que ser quitados de la máquina y puedan reutilizarse, lo que reduce el tiempo de coniguración del siguiente trabajo. Eliminación del ajuste de la base de la máquina. El rediseño de los accesorios de las partes y la utilización de herramientas preconiguradas puede eliminar la necesidad de emplear espaciadores o ajustes del bloque guía a la posición de la mesa. Empleo de patrones o calibradores de bloques con la inalidad de realizar ajustes rápidos a los topes de las máquinas. El tiempo invertido en la requisición de herramientas, en la preparación de la estación de trabajo para la producción real, la limpieza de la estación de trabajo y la devolución de las herramientas a su 3.6 Configuración y herramientas caja representan tareas que generalmente están incluidas en el tiempo de coniguración. Con frecuencia, dicho tiempo es difícil de controlar y por lo general el trabajo se realiza con una menor eiciencia. En ocasiones, el control eiciente de la producción puede reducir este tiempo. Hacer que la sección de despacho sea responsable de ver que las herramientas, calibradores, instrucciones y materiales sean entregados a tiempo y que las herramientas sean devueltas a sus respectivos lugares una vez que se ha realizado el trabajo, elimina la necesidad de que el operador abandone su área de tareas. El operador, entonces, sólo tiene que llevar a cabo la coniguración y el arranque de la máquina. La función administrativa y de rutina de proporcionar diagramas, instrucciones y herramientas puede realizarse por los trabajadores más familiarizados con este tipo de trabajo. Por lo tanto, un gran número de requisiciones se pueden realizar de manera simultánea y el tiempo de coniguración se puede minimizar. Aquí, de nuevo, la tecnología de grupos puede representar una ventaja. Para evitar que los operadores tengan que ailar sus herramientas cada vez que las necesiten, se debe contar con herramientas de corte de repuesto de fácil disponibilidad. Cuando los operadores adquieran nuevas herramientas, las usadas deben ser devueltas al encargado del almacén de herramientas y ser reemplazadas por las nuevas. El ailado de herramientas se convierte en una nueva función que permite que éstas puedan estandarizarse más fácilmente. Con el in de minimizar tiempos perdidos, cada operador debe contar con un registro del trabajo, pues es imprescindible que siempre sepa cuál será el siguiente trabajo. Una técnica que se utiliza con frecuencia para mantener la carga de trabajo a la vista del operador, supervisor y superintendente es una pizarra sobre cada instalación de producción, con tres sujetadores o bolsas para recibir las órdenes de trabajo. El primer sujetador contiene todas las órdenes de trabajo programadas con antelación; el segundo sirve para tener las órdenes que se están realizando en un determinado momento; y el último para conservar todas las órdenes de trabajo terminadas. Cuando se generen órdenes de trabajo, el despachador las debe colocar en la estación de trabajo pendiente. Al mismo tiempo, tiene que recoger todos los reportes de órdenes terminadas de la estación de trabajo y entregarlos al departamento de programación para su registro. Este sistema garantiza que los operadores reciban trabajo de manera continua y hace innecesario que tengan que dirigirse al supervisor para recibir su siguiente asignación de trabajo. Elaborar un registro con las coniguraciones difíciles y recurrentes puede ahorrar un tiempo considerable de coniguración cuando se reciban trabajos repetidos. Quizá la forma más simple y, sin embargo, la más eiciente de compilar un registro de una coniguración, sea tomarle una fotografía una vez que se haya terminado. Dicha fotografía debe engraparse y archivarse con la tarjeta de operaciones de producción o colocarse en una envoltura de plástico y pegarse en las herramientas antes de que éstas sean almacenadas en su caja. UTILICE TODA LA CAPACIDAD DE LA MÁQUINA Con frecuencia, una revisión cuidadosa de un gran número de trabajos revela posibilidades para utilizar una porción mayor de la capacidad de una máquina. Por ejemplo, una operación de molienda de una palanca de tiro se cambió de tal manera que las seis caras fresaban de manera simultánea mediante el uso de cinco cortadores. La vieja coniguración requería que el trabajo se realizara en tres etapas, lo cual signiicaba que la parte tenía que colocarse en una base diferente tres veces. La nueva redujo el tiempo total de maquinado e incrementó la precisión de la relación entre las seis caras maquinadas. Los analistas también deben tomar en cuenta el posicionamiento de una parte mientras que la otra está siendo maquinada. Esta oportunidad se presenta en muchas tareas de fresado en las cuales es posible fresar de manera convencional en un paso de la mesa y hacer el fresado de altura en el paso de regreso. Mientras el operador carga un accesorio en un extremo de la mesa de maquinado, un accesorio similar sujeta la pieza que está siendo maquinada por alimentación de energía. A medida que la mesa de la máquina regresa, el operador quita el primer pedazo de la máquina y recarga el accesorio. Mientras se lleva a cabo este trabajo interno, la máquina corta la pieza en el segundo accesorio. En vista del costo cada vez más elevado de la energía, es importante utilizar el equipo más económico para realizar la tarea. Hace varios años, el costo de la energía era una parte tan insigniicante del costo total que se prestaba muy poca atención al hecho de que se utilizaran las máquinas a su máxima capacidad. Existen literalmente miles de operaciones donde sólo una fracción de la capaci- 77 78 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones dad de la máquina se utiliza, con el consiguiente desperdicio de energía eléctrica. En la industria del comercio de los metales, el costo de la energía es de más de 2.5% del costo total, y existen indicios signiicativos de que el precio de la energía aumentará al menos 50% en la próxima década. Es muy probable que una planeación cuidadosa en la utilización de proporciones mayores de la capacidad de una máquina para hacer el trabajo pueda representar un ahorro de 50% en el uso de la energía en una gran parte de nuestras plantas. Típicamente, para la mayoría de los motores, se cumple que si el porcentaje de la carga total estimada aumenta de 25 a 50%, cuando mucho se puede alcanzar 11% de aumento de eiciencia. INTRODUCCIÓN DE HERRAMIENTAS MÁS EFICIENTES De la misma manera que continuamente se desarrollan nuevas técnicas de procesamiento, se debe considerar el empleo de un herramental novedoso y más eiciente. Las herramientas de corte con recubrimientos han mejorado de manera dramática la combinación crítica desgaste-resistencia/rupturaresistencia. Por ejemplo, las herramientas recubiertas con TiC (carburo de titanio) han proporcionado un aumento de 50 a 100% de velocidad con respecto a las de carburo sin recubrimiento, donde cada una tiene la misma resistencia a la ruptura. Entre las ventajas se encuentran supericies más duras, por lo cual se reduce el desgaste por abrasión; una excelente adhesión a los sustratos; un bajo coeiciente de fricción con la mayoría de los materiales de trabajo; un material químico inerte; y resistencia a temperaturas elevadas. Por lo general, en muchos trabajos, las herramientas de carburo son más atractivas en cuanto a costo que las de acero de alta velocidad. Por ejemplo, una compañía alcanzó 60% de ahorros con sólo modiicar la operación de fresado de una fundición de magnesio. Originalmente, la base era fresada totalmente en dos operaciones, utilizando cortadores para fresar de acero de alta velocidad. Un análisis dio como resultado que era más productivo emplear tres cortadores con punta de carburo montados en un soporte especial para fresar totalmente las partes. Se obtuvieron alimentaciones y velocidades más rápidas y no se dañó el acabado de la supericie. A menudo se pueden lograr ahorros mediante la alteración de la geometría de las herramientas. Cada coniguración implica requisitos diferentes que pueden lograrse sólo mediante el diseño de un sistema de ingeniería que optimice el rango de alimentación para el control de rebabas, fuerzas cortantes y resistencia de bordes. Por ejemplo, se pueden diseñar geometrías de un solo lado y fuerza moderada con el in de proporcionar un buen control de la rebaba y una reducción de la fuerza. En este caso, se agrupan elevados ángulos de inclinación positivos con el in de reducir el cociente del grosor de la rebaba, lo que proporciona bajas fuerza de corte y temperatura de cortado. Cuando se desee adquirir un herramental más eiciente, el analista deberá desarrollar mejores métodos para sujetar el trabajo. Las piezas deben sujetarse de tal forma que puedan colocarse y quitarse rápidamente (vea la igura 3.12). A pesar de que la carga de las partes aún es una operación manual, se incrementará la productividad así como también la uniformidad. 3.7 MANEJO DE MATERIALES El manejo de materiales incluye restricciones de movimiento, tiempo, lugar, cantidad y espacio. En primer lugar, el manejo de materiales debe garantizar que las partes, materia prima, materiales en proceso, productos terminados y materiales sean desplazados periódicamente de un lugar a otro. En segundo, puesto que cada operación requiere de materiales y productos en un momento determinado, debe garantizar que ningún proceso de producción o individuo sea entorpecido por el arribo temprano o tardío de materiales. En tercero, el manejo de materiales debe garantizar que éstos sean entregados en el lugar correcto. En cuarto lugar, se debe asegurar que los materiales sean entregados en el lugar adecuado sin que hayan sufrido daños y en la cantidad correcta. Por último, se debe tener en cuenta el espacio para el almacenaje tanto temporal como permanente. Un estudio realizado por el Instituto de Manejo de Materiales reveló que entre 30 y 85% del costo de introducir un producto al mercado está asociado con el manejo de materiales. De manera axiomática, la parte mejor manejada es la que menos se manejó de manera manual. Ya sea que las distancias de los desplazamientos sean grandes o pequeñas, los movimientos deberán ser analizados 3.7 Manejo de materiales Figura 3.12 Accesorios y herramental más eficiente. (Cortesía de Jergens, Inc.) con mucho detalle. Los cinco puntos siguientes deben tomarse en cuenta para reducir el tiempo empleado en el manejo de materiales: 1) reducir el tiempo invertido en recoger los materiales; 2) utilizar equipo mecanizado o automático; 3) hacer un mejor uso de las instalaciones existentes para el manejo de materiales; 4) manejar el material con más cuidado; y 5) considerar la aplicación del código de barras en los inventarios y aplicaciones relacionadas. Un buen ejemplo de la aplicación de estos cinco puntos es la evolución del almacenamiento: el antiguo centro de almacenamiento se ha convertido en un centro automático de distribución. En la actualidad, la bodega automatizada utiliza un control computarizado para administrar el movimiento de materiales, así como el lujo de información a través del procesamiento de datos. En este tipo de bodega automatizada, la recepción, el transporte, el almacenamiento, la recuperación y el control de inventarios se realizan como una función integral. REDUCCIÓN DEL TIEMPO INVERTIDO EN RECOGER MATERIALES Con frecuencia, del manejo de materiales sólo se considera el transporte, sin tener en cuenta la ubicación de ellos en la estación de trabajo, lo cual es igualmente importante. Debido a que a veces se pasa por alto, la ubicación del material en la estación de trabajo puede ofrecer oportunidades de ahorro tan grandes como el transporte. La reducción del tiempo invertido en recoger materiales minimiza el cansancio, el manejo manual costoso de la máquina o del lugar de trabajo. Proporciona al operador la oportunidad de realizar el trabajo más rápido con menos fatiga y una mayor seguridad. Por ejemplo, considere la eliminación de las pilas de material mal colocadas sobre el piso. Quizás el material puede apilarse directamente sobre soportes o patines después de ser procesados en la estación de trabajo. Este nuevo orden puede dar como resultado una reducción sustancial de tiempo de transporte terminal (el tiempo que está ocioso el equipo que sirve para el manejo de materiales mientras se llevan a cabo las maniobras de carga y descarga). Por lo general, algún tipo de banda transportadora o patines mecánicos pueden llevar el material a la estación de trabajo, lo cual reduce o elimina el tiempo necesario para recoger el material. Las plantas pueden instalar también bandas transportadoras por gravedad, en conjunto con la remoción automática de las partes terminadas, para minimizar el manejo de materiales en la estación de trabajo. La igura 3.13 muestra ejemplos del típico equipo para el manejo de materiales. Se deben estudiar las interfaces entre los diferentes tipos de equipo para el manejo y almacenamiento de materiales con el in de implantar coniguraciones más eicientes. Por ejemplo, el dibujo que se muestra en la igura 3.14, presenta arreglos para recoger materiales de manera ordenada, muestra las formas en que los materiales pueden retirarse del almacén de reserva o de los estantes, ya sea mediante un vehículo con un trabajador a bordo (izquierda) o manualmente (derecha). Se puede utilizar una grúa para poner el material en sus estantes. Después de que los artículos requeridos se retiran de los estantes, se envían mediante una banda transportadora para realizar las operaciones de acumulación en orden y empaque. 79 80 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones Herramienta de tirantes de acero plano Tarima de cuatro entradas Plataforma de varadero Carro con plataforma Diablito de dos ruedas Tarima tipo caja Plataforma tipo caja Banda transportadora de tornillo Banda transportadora Plataforma del puente Resbaladilla de ruleta de gravedad Banda transportadora portátil, tipo cinturón Elevador de plataforma Transportador de base de elevación baja Mesa hidráulica de elevación Figura 3.13 Equipo de manejo típico que actualmente se utiliza en la industria. Transportador con plataforma de elevación baja (Fuente: Instituto para el Manejo de Materiales.) UTILIZACIÓN DE EQUIPO MECÁNICO Por lo general, la mecanización del manejo de materiales reduce los costos de mano de obra, los daños de los materiales, mejora la seguridad, disminuye la fatiga e incrementa la producción. Sin embargo, se debe tener mucho cuidado en el momento de seleccionar el equipo y los métodos apropiados. La estandarización del equipo es importante debido a que simpliica el entrenamiento del operador, permite el intercambio del equipo y requiere de un número reducido de partes de repuesto. Los ahorros que se pueden lograr a través de la mecanización del equipo para el manejo de materiales se representan mediante los ejemplos siguientes. En el diseño original de una tarea de ensamblado de una tarjeta de circuito impreso, el operador debía ir al lugar de almacenamiento, seleccionar los componentes electrónicos requeridos para una tarjeta especíica con base en su lista de “conexión”, regresar a su mesa de trabajo y, después, proceder a insertar los componentes en la tarjeta de acuerdo con la lista de conexiones. Este método mejorado utiliza dos máquinas de almacenamiento vertical automatizadas, cada una con 10 niveles y cuatro cajones por nivel (vea la igura 3.15). Los niveles se mueven hacia arriba y hacia abajo en un sistema que es una versión condensada de la rueda de Ferris. Con 20 posiciones de detención posibles, la unidad siempre selecciona la ruta más cercana —ya sea hacia adelante o hacia atrás— para colocar los cajones al frente de tal forma que se puedan abrir en el tiempo más corto posible. Sentado, el operador marca la detención correcta, abre el cajón para tener a la vista los componentes necesarios, toma los que desea y los coloca sobre la tarjeta. Este método mejorado ha reducido el área de almacenamiento necesaria aproximadamente 50%, ha mejorado la distribución de la estación de trabajo y ha reducido sustancialmente la acumulación de errores pues minimiza el manejo de materiales por parte del operador, la toma de decisiones y la fatiga. A menudo, un vehículo guiado automáticamente (AGV) puede reemplazar a un conductor. Los AGV se utilizan con mucho éxito en una gran variedad de aplicaciones tales como la entrega de correo. Por lo general, dichos vehículos no están programados sino que son guiados mediante una guía magnética u óptica a través de una ruta planeada. Realiza paradas en lugares especíicos por un determinado periodo, lo que proporciona al empleado el tiempo suiciente para cargar y descargar. 3.7 Transportador de elevación manual energizado Tractor de 4 ruedas Elevador portátil Camión con plataforma de elevación alta Carro de cadena Grúa de cuello de ganso portátil Grúa de aguilón Montacargas eléctrico monorriel Espolvoreador de placa giratoria Banda transportadora giratoria Montacargas de tipo telescópico Sujetadores automáticos Camión con grúa industrial Grúa viajera Camión tipo puente Grúa montada tipo camión motorizado Manejo de materiales 81 Figura 3.13 (continuación). Vehículo para Estante de recoger en orden tarimas Estante de flujo Plataforma del mezanine Banda transportadora de retirado Estante de tarimas Montacargas Figura 3.14 Diagrama de operaciones eficientes de almacenamiento. Oprimiendo el botón de “parada” y después el de “comienzo” cuando haya concluido la operación de carga/descarga, el operador puede alargar el periodo de permanencia en cada parada. Los AGV pueden programarse para ir a cualquier lugar a través de más de una trayectoria. Están equipados con instrumentos sensores y de control con el in de evitar colisiones con otros vehículos. Asimismo, cuando se utiliza dicho equipo de guiado, los costos asociados con el manejo de materiales varían muy poco en función de las distancias. La mecanización es también muy útil para manejar materiales en forma manual como, por ejemplo, el entarimado. Existe una gran variedad de equipos con el nombre genérico de mesas de elevación, los cuales eliminan la mayor parte del trabajo de elevación que requiere el operador. Algunas mesas de elevación utilizan resortes de carga, las que, cuando la coniguración de la resistencia del resorte es apropiada, se ajustan de manera automática a la altura óptima para el operador a medida que las cajas se colocan en la paleta en la parte superior de la elevación. (Vea el capítulo 4 donde se encontrará un análisis de la determinación de la altura óptima de elevación). Otras son neumáticas (vea la igura 3.16) y puede ajustarse fácilmente mediante un mecanismo de control, de tal forma que se elimina la elevación y el material puede desplazarse de una supericie a otra. 82 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones Figura 3.15 Área de trabajo de máquinas de almacenamiento vertical que se utilizan en el ensamblado de tableros de computadoras. Algunas se inclinan para tener acceso más fácil a los contenedores, mientras que otras giran, para facilitar el entarimado. En general, las mesas elevadores constituyen probablemente la medida de control ingenieril menos costosa que se utiliza en conjunto con los lineamientos de elevación de la NIOSH1 (vea el capítulo 4). MEJOR USO DE LOS RECURSOS EXISTENTES PARA EL MANEJO DE MATERIALES Con el in de asegurar el mayor retorno de la inversión del equipo para el manejo de materiales, éste debe utilizarse de una manera eiciente. Por lo que, tanto los métodos como el equipo deben ser lo suicientemente lexibles como para permitir que pueda llevarse a cabo una gran variedad de tareas asociadas con el manejo de materiales en condiciones muy diversas. El entarimamiento de materiales en almacenamiento temporal y permanente permite que sean transportadas mayores cantidades más rápidamente que en el caso del almacenamiento de materiales sin el uso de plataformas o tarimas, Figura 3.16 Mesa elevadora hidráulica que se utiliza para minimizar la elevación manual. (Cortesía de Bishamon.) 3.7 Máxima carga neta que puede ser manejada de forma segura por medio de montacargas Figura 3.17 Montacargas típico. Comience calculando el valor del torque multiplicando la distancia que existe desde el centro del eje frontal hasta el eje del centro de la carga (vea la igura 3.17): Carga = valor del torque/B donde B es la distancia C + D, donde D = A/2. Si la distancia C desde el centro del eje central hasta el extremo frontal del montacargas es de 18 pulgadas y la longitud de la plataforma A es de 60 pulgadas, entonces el peso neto máximo que un montacargas de 200 000 pulgadas-libra puede manejar será de , 200 000 18 602 83 Manejo de materiales 4 167 lb Mediante la planeación del tamaño de la plataforma para obtener el máximo beneicio del equipo, la compañía puede recibir un mayor retorno de la inversión que realizó en el equipo para el manejo de materiales. lo cual ahorra hasta 65% de los costos asociados con la mano de obra. A menudo, el material puede manejarse en unidades más grandes o más convenientes mediante el diseño de estantería especial. En este caso, los compartimentos, ganchos, remaches y soportes para detener el trabajo deben ser múltiplos de 10 para facilitar el conteo durante el procesamiento y la inspección inal. Si cualquier equipo para manejar materiales se utiliza sólo temporalmente, considere la posibilidad de mantenerlo en operación el mayor tiempo posible. A través de la reubicación de las instalaciones de producción o la adaptación de equipo para el manejo de materiales a las diversas áreas de trabajo, las compañías pueden lograr una gran utilización. MANEJO CUIDADOSO DE MATERIALES Los estudios industriales indican que aproximadamente 40% de los accidentes en plantas industriales suceden durante las operaciones de manejo de materiales. De éstos, 25% son causados por el levantamiento y desplazamiento de materiales. Si se pone más atención al manejo de materiales y se utilizan dispositivos mecánicos siempre que sea posible para esas tareas, se puede reducir la fatiga y los accidentes que afectan a los empleados. Las estadísticas demuestran que la fábrica más segura es también la más eiciente. Varios aspectos como la presencia de guardias de seguridad en puntos de transmisión de energía eléctrica, prácticas operativas más seguras, buena iluminación y una buena economía interna son esenciales para hacer más seguro el manejo de materiales. Los trabajadores EJEMPLO 3.1 84 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones deben instalar y operar todos los equipos para el manejo de materiales de una manera compatible con los códigos de seguridad vigentes en la actualidad. Un mejor manejo de materiales reduce los daños que pueden sufrir los productos. Si el número de partes rechazadas en el manejo de partes entre estaciones de trabajo es muy signiicativo, se debe realizar una investigación en estas áreas. En general, las partes dañadas durante el manejo de materiales pueden minimizarse si se fabrican estantes y bandejas especialmente diseñadas para colocar las piezas inmediatamente después de ser procesadas. Por ejemplo, un fabricante de partes para motores de aviones se vio afectado por un gran número de roscas externas dañadas en un componente que era almacenado en bandejas portátiles metálicas una vez que se terminaba cada operación. Cuando carritos manuales con dos ruedas movían las bandejas portátiles metálicas a la siguiente estación de trabajo, las forjas maquinadas se impactaban unas contra otras y contra los lados de las bandejas metálicas a tal grado que resultaban severamente dañadas. Alguien investigó la causa de los rechazos y sugirió hacer estanterías de madera con compartimentos individuales para almacenar las forjas maquinadas. Este arreglo evitó que las partes se impactasen unas contra otras o con la bandeja portátil metálica, lo que redujo de manera signiicativa el número de partes dañadas. Las corridas de producción se controlaron más fácilmente debido al conteo más rápido de las piezas y los rechazos. Se realizan consideraciones similares en la industria de los servicios en el sector salud, no sólo desde el punto de vista del “producto”, el cual en muchos casos es una persona, sino también con respecto al manejo de materiales. Por ejemplo, el cuidado de pacientes en los hospitales y en instalaciones para el cuidado personal representa un factor crítico en la aparición de lesiones de espalda y de hombros en las enfermeras. Tradicionalmente, los pacientes con algún grado de inmovilidad son movidos de una cama a una silla de ruedas o viceversa con el uso de una banda para caminar (vea la igura 3.18a). Sin embargo, estas maniobras requieren de una gran fuerza y generan niveles muy elevados de fuerzas compresivas en la parte inferior de la espalda (vea la sección 4.4). Los dispositivos de ayuda como la base para girar de Williamson, requieren de mucha menor fuerza por parte de la enfermera y generan mucho menos tensión en la parte inferior de la espalda (vea la igura 31.8b). Sin embargo, el paciente debe tener la suiciente fortaleza en las piernas para soportar su peso corporal con algún soporte. Por último, el elevador tipo Hoyer requiere de menor fortaleza, pero es signiicativamente más caro y difícil de manejar en áreas pequeñas (vea la igura 3.18c). CONSIDERACIÓN DEL USO DE CÓDIGO DE BARRAS EN INVENTARIOS Y APLICACIONES RELACIONADAS La mayoría de las personas con conocimientos técnicos tiene alguna familiaridad con los códigos de barras y el escaneo por códigos de barras. Los códigos de barras han hecho que las ilas se reduzcan en las cajas de las tiendas departamentales y de los supermercados. Las barras negras y espacios blancos representan dígitos que identiican de manera única tanto el artículo como el fabricante. Una vez que este Código Universal de Productos (UPC) se explora a través de un lector en la caja, los datos decodiicados se envían a una computadora que registra información precisa acerca de productividad del trabajo, estado de los inventarios y las ventas. Las cinco razones siguientes justiican el uso del código de barras en inventarios y aplicaciones relacionadas: 1. 2. 3. 4. 5. Precisión. Su desempeño típico es de menos de 1 error en 3.4 millones de caracteres. Este porcentaje es muy favorable si se compara con el 2 a 5% de error que es el característico de las máquinas de teclado para ingresar datos. Desempeño. Un escáner de código de barras procesa datos tres o cuatro veces más rápido que el tecleado común y corriente. Aceptación. La mayoría de los empleados disfrutan del uso del lector del aparato. De manera inevitable, preieren utilizar un lector que un teclado. Bajo costo. Puesto que los códigos de barras están impresos en paquetes y contenedores, el costo que representa agregar este medio de identiicación es extremadamente bajo. Portabilidad. Un operador puede transportar un aparato de código de barras de un lugar a otro dentro de una planta con el in de revisar inventarios, estado de las órdenes, etcétera. El código de barras es útil para recibir, almacenar, registrar el trabajo, reportarlo, controlar las bandejas de herramientas, embarques, reporte de fallas, aseguramiento de la calidad, rastreo, 3.7 a) Manejo de materiales b) Figura 3.18 Manejo de pacientes mediante tres asistentes. c) a) La banda caminadora convencional requiere una resistencia considerable y genera fuerza de compresión en la parte inferior de la espalda muy elevada, b) La base giratoria de Williamson requiere de mucha menos resistencia y genera menos tensión en la parte inferior de la espalda. c) La máquina elevadora tipo Hoyer requiere aún menos resistencia, pero es signiicativamente más costosa y de manejo difícil en pequeños espacios. control de la producción y programación. Por ejemplo, la etiqueta típica de un contenedor de almacenamiento proporciona la siguiente información: descripción de la pieza, tamaño, cantidad del paquete, número de departamento, número de almacén, nivel de existencias y cuándo se ordenó. Se puede ahorrar una gran cantidad de tiempo si se utiliza un lector de exploración para colectar estos datos para realizar un reordenamiento del inventario. Algunas aplicaciones prácticas reportadas por Accu-Sort Systems, Inc., incluyen los sistemas de bandas transportadoras controladas automáticamente, el envío de materiales al lugar donde se 85 86 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones necesiten y proporcionar manejadores de material con instrucciones claras y precisas acerca de dónde deben tomar los materiales, veriicando de manera automática que se trate del material apropiado. Si se incorpora el código de barras a los controladores programables y al equipo de empacado automático, se puede utilizar la veriicación en línea en tiempo real de etiquetas de empacado con el contenido del envase, para evitar las costosas reclamaciones del producto. RESUMEN: MANEJO DE MATERIALES Los analistas siempre deben de buscar formas de eliminar el manejo ineiciente de materiales sin que esto signiique poner en riesgo la seguridad. Para ayudar al analista de métodos en esta misión, el Instituto de Manejo de Materiales (1998) ha desarrollado 10 principios para ello. 1. Principio de la planeación. Todo manejo de materiales debe ser el resultado de un plan deliberado en el que las necesidades, objetivos de desempeño y especiicaciones funcionales de los métodos propuestos serán deinidos totalmente desde el inicio. 2. Principio de estandarización. Los métodos para manejar materiales, equipo, controles y software deben estar estandarizados dentro de los límites del logro de los objetivos de desempeño y sin sacriicar la lexibilidad, modularidad y productividad necesarias. 3. Principio del trabajo. El trabajo del manejo de materiales debe minimizarse sin sacriicar la productividad o el nivel de servicio que la operación requiere. 4. Principio de la ergonomía. Las virtudes y limitaciones de los seres humanos deben reconocerse y respetarse en el diseño de las tareas de manejo de materiales y del equipo, para garantizar que las operaciones se lleven a cabo de una manera segura y eicaz. 5. Principio de las cargas unitarias. Las cargas unitarias deben ser dimensionadas y coniguradas de manera adecuada de forma tal que cumplan con los objetivos de lujo de materiales e inventarios en cada etapa de la cadena de suministro. 6. Principio de la utilización del espacio. Se debe hacer uso eicaz y eiciente de todo el espacio disponible. 7. Principio del sistema. Las actividades de movimiento y almacenamiento de materiales deben estar totalmente integradas para formar un sistema operativo y coordinado que abarque la recepción, inspección, almacenamiento, producción, ensamblado, empaquetado, uniicación, selección del orden, embarque, transporte y manejo de devoluciones. 8. Principio de la automatización. Las operaciones de manejo de materiales deben estar mecanizadas o automatizadas donde sea factible, con el in de incrementar la eiciencia operativa, elevar el grado de respuesta, mejorar la consistencia y predictibilidad, reducir los costos operativos y eliminar la mano de obra repetitiva y potencialmente insegura. 9. Principio ambiental. El efecto en el ambiente y el consumo de energía son criterios que se deben tomar en cuenta en el diseño y selección de equipo alterno y de sistemas de manejo de materiales. 10. Principio del costo del ciclo de vida. Un análisis económico minucioso debe tomar en cuenta el ciclo de vida completo de todo el equipo para el manejo de materiales y los sistemas que resulten. Para ser reiterativos, el principio predominante es que a medida que haya menos manejo de materiales, éstos serán mejor manejados, lo cual está muy relacionado con la eliminación de los desperdicios (mudas) de transporte y movimientos innecesarios. 3.8 DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA El objetivo principal de la distribución eicaz de una planta consiste en desarrollar un sistema de producción que permita la fabricación del número deseado de productos con la calidad que se requiere y a bajo costo. La distribución física constituye un elemento importante de todo sistema de producción que incluye tarjetas de operación, control de inventarios, manejo de materiales, programación, enrutamiento y despacho. Todos estos elementos deben estar cuidadosamente integrados para cumplir con el objetivo establecido. La pobre distribución de las plantas da como resultado elevados costos. 3.8 Distribución de la planta El gasto en mano de obra indirecta que representan los extensos desplazamientos, rastreos previos, retrasos y paros de trabajo debidos a cuellos de botella en el desperdicio de transporte, son característicos de una planta con una distribución costosa y anticuada. TIPOS DE DISTRIBUCIÓN ¿Existe un tipo de distribución que tienda a ser el mejor? La respuesta es no. Una determinada distribución puede ser la mejor en una serie de condiciones y, sin embargo, puede ser pobre en otra. En general, todas las distribuciones de la planta representan una o la combinación de dos distribuciones básicas: distribución por producto o en línea recta y distribución por funciones o por procesos. En la distribución en línea recta, la maquinaria se ubica de tal manera que el lujo de una operación a la siguiente sea el mínimo para cualquier clase de producto. En una organización que utilice esta técnica, sería poco usual ver un desbastado de supericie ubicado entre una máquina fresadora y un torno de torreta, con una mesa de ensamble y tanques de cromado en el área intermedia. Este tipo de distribución es muy popular en cierto tipo de manufactura de producción masiva, debido a que los costos asociados con el manejo de materiales son menores a los que genera el agrupamiento por procesos. La distribución por productos tiene algunas desventajas distintivas. Debido a que en un área relativamente pequeña se encuentra gran variedad de ocupaciones, es posible que el nivel de insatisfacción de los empleados aumente. Esta insatisfacción es particularmente notable cuando diferentes oportunidades conllevan un diferencial signiicativo en cuanto a nivel salarial. Debido a que están agrupadas instalaciones diferentes, el entrenamiento del operador puede ser más ineicaz, especialmente si en las inmediaciones no está disponible un empleado con experiencia para entrenar al nuevo operario. El problema que representa encontrar supervisores competentes es enorme debido a la gran variedad de equipos y tareas que deben ser supervisadas. Entonces, también, este tipo de coniguración invariablemente necesita de una inversión inicial más elevada debido a que se requieren líneas de servicio duplicadas como, por ejemplo, aire, agua, gas, petróleo y energía eléctrica. Otra desventaja de la distribución por productos es el hecho de que este arreglo tiene tendencia a parecer caótico y desordenado. En estas condiciones, a menudo es difícil promover una buena economía interna. Sin embargo, en general, las desventajas de la agrupación por productos son más que sobrepasadas por las ventajas, si los requerimientos de producción son sustanciales. La distribución por procesos implica agrupar instalaciones similares. Por lo tanto, todos lo tornos de torreta deben agruparse en una sección, departamento o ediicio. Las máquinas de fresado, las prensas de taladro y la prensas de perforado también tienen que estar agrupadas en sus respectivas secciones. Este tipo de distribución proporciona una apariencia general de limpieza y orden y tiende a promover una buena economía interna. Otra ventaja de la distribución funcional es la facilidad con la que un nuevo operador puede entrenarse. Rodeado de empleados experimentados que trabajan con máquinas similares, el nuevo operario tiene mejor oportunidad de aprender de ellos. El problema que representa encontrar supervisores competentes es menor, ya que las demandas de trabajo no son tantas. Puesto que estos supervisores sólo necesitan estar familiarizados con un tipo o clase general de equipos, sus antecedentes no tienen que ser tan estrictos como los de los supervisores de las empresas que utilizan agrupación por productos. Asimismo, si las cantidades de producción de productos similares son limitadas y existe “trabajo” frecuente u órdenes especiales, la distribución por procesos resulta más eiciente. La desventaja del agrupamiento por procesos es la posibilidad de que se presenten desplazamientos largos y será necesario dar un seguimiento a tareas que requieran una serie de operaciones en diversas máquinas. Por ejemplo, si la tarjeta de operaciones de un trabajo especiica una secuencia de operaciones de perforado, torneado, fresado, escariado y esmerilado, el movimiento del material de una sección a la siguiente podría ser exageradamente costosa. Otra desventaja importante de este enfoque es el gran volumen de papeleo que se requiere para generar órdenes y controlar la producción entre secciones. DIAGRAMAS DE RECORRIDOS Antes de corregir una coniguración o diseñar una nueva, el analista debe acumular los hechos que pueden inluir sobre la distribución. Los diagramas de recorridos, o desde-hacia, pueden ser de gran utilidad para diagnosticar problemas relacionados con el arreglo de departamentos y áreas de servi- 87 88 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones cio, así como con la ubicación de equipo dentro de un determinado sector de la planta. El diagrama de recorridos consiste en una matriz que despliega la magnitud del manejo de materiales que se lleva a cabo entre dos instalaciones en un periodo determinado. La unidad que identiica la cantidad de manejo de materiales puede ser la que le parezca más apropiada al analista. Pueden ser libras, toneladas, frecuencia de manejo de materiales, etc. La igura 3.19 muestra un diagrama de recorridos muy elemental a partir del cual el analista puede deducir el correspondiente de las demás máquinas. El torno de torreta W&S No. 4 y el centro de maquinado horizontal Cincinnati No. 2 deben estar próximos entre sí debido al elevado número de artículos (200) que pasan entre las dos máquinas. PLANEACIÓN SISTEMÁTICA DE LA DISTRIBUCIÓN DE MUTHER El método sistemático para conigurar plantas desarrollado por Muther (1973) se llama planeación sistemática de distribuciones (SLP). El objetivo del SLP es ubicar dos áreas con grandes relaciones lógicas y de frecuencia cercanas entre sí mediante el uso de un procedimiento directo de seis pasos: 1. Diagrame las relaciones. En esta primera etapa se establecen las relaciones entre las diferentes áreas; después, se elabora un diagrama sobre un formato especial llamado diagrama de relaciones (o diagrama rel, para abreviar; vea la igura 3.20). Una relación es el grado relativo de acercamiento, que se desea o que se requiere, entre diferentes actividades, áreas, departamentos, habitaciones, etc., según lo determine la información cuantitativa del lujo (volumen, tiempo, costo, enrutamiento) de un diagrama desde-hacia, o más cualitativamente, de las interacciones funcionales o información subjetiva. Por ejemplo, a pesar de que el pintado podría ser el paso lógico entre el acabado y la inspección inal y el empacado, los materiales tóxicos y las condiciones peligrosas y de probable incendio pueden requerir que el área de pintura esté completamente separada de las demás áreas. Los valores que se les asignan a las relaciones Taladro de 2 ejes L. & D. Fresa No. 1 Cinn. Hor. Fresa vertical No. 3 B. & S. Prensa Niágara de 100 toneladas No. 2 Cinn, sin centro Pulidora No. 3 Excello Thd. Torno de torreta No. 4 W.& S. Prensa de perforado Delta de 17' Torno de torreta No. 4 W.& S. Hasta 20 45 80 32 4 6 2 6 8 4 22 2 3 22 14 18 4 4 10 5 4 2 6 3 1 0 1 Prensa de perforado 17" Desde Taladro de 2 ejes L. & D. Figura 3.19 El diagrama de recorridos es una herramienta muy útil para resolver problemas de manejo de materiales y distribución de planta relacionados con las distribuciones por procesos. El diagrama enumera el número de artículos (por un periodo determinado) o el volumen (por ejemplo, toneladas por turno) transportado entre las diferentes máquinas. Fresa No. 1 Cinn. Hor. 120 Fresa vertical No. 3 B. & S. Prensa Niágara de 100 toneladas 60 No. 2 Cinn, sin centro 15 Pulidora No. 3 Excello Thd. 12 2 15 15 8 3.8 Diagrama de relaciones Distribución de la planta 89 Página 1 de 1 Proyecto: Construcción de una nueva oficina Comentarios: Planta: Dorben Consulting Fecha: 6-9-97 Elaborador por: AF Referencia: Actividad Área (pies2) Oficina de M. Dorben (DOR) 125 Oficina de ingeniería (ENG) 120 O A O O Secretaria (SEC) 65 X Recibidor (FOY) 50 E 40 U 20 U U O E U Área de copiado (COP) U U O U Archivo (FIL) I I I U E Bodega (STO) 80 Figura 3.20 Diagrama de relaciones de Dorben Consulting. 2. 3. varían de 4 a –1, con base en las vocales que semánticamente deinen la relación, como se muestra en la tabla 3.3. Establezca las necesidades de espacio. En la segunda etapa se establecen las necesidades de espacio en términos de los pies cuadrados que existen. Estos valores pueden calcularse con base en las necesidades de producción, extrapoladas a partir de áreas existentes, proyectadas para expansiones futuras o establecidas por estándares legales, tales como la ADA o estándares arquitectónicos. Además de los pies cuadrados, el tipo y forma del área que se desee deinir, así como la ubicación respecto a los servicios que se requieran, pueden ser aspectos muy importantes. Elabore diagramas de relaciones entre actividades. En la tercera etapa se dibuja una representación visual de las diferentes actividades. El analista comienza con las relaciones absolutamente importantes (A), utilizando cuatro líneas cortas paralelas para conectar las dos áreas. Luego, el analista procede con las E, utilizando tres líneas paralelas aproximadamente del doble de longitud que las líneas A. El analista continúa este procedimiento con las I, O, etc., aumentando de manera progresiva la longitud de las líneas, a la vez que intenta evitar que las líneas se crucen o se enreden. En el caso de relaciones indeseables, las dos áreas se colocan lo más alejadamente posible y se dibuja una línea serpenteante (que representa un resorte) entre ellas. (Algunos analistas pueden también deinir una relación extremadamente indeseable con un valor –2 y una línea serpenteante doble.) 90 CAPÍTULO 3 Tabla 3.3 Análisis de operaciones Valores de relación del SLP Relación Absolutamente necesario Especialmente importante Importante Ordinario Sin importancia No deseable 4. 5. 6. EJEMPLO 3.2 Valores más cercanos A E I O U X Valor Líneas en el diagrama 4 3 2 1 0 1 Color Rojo Amarillo Verde Azul Café Elabore relaciones de espacio en la distribución. Después, se crea una representación espacial escalando las áreas en términos de su tamaño relativo. Una vez que los analistas están satisfechos con la distribución, las áreas se compactan en un plano. Esta tarea no es tan fácil como parece, por lo cual el analista normalmente debe utilizar patrones. Además, se pueden introducir modiicaciones al plano con base en las necesidades del manejo de materiales (por ejemplo, el departamento de embarques o de recepción necesariamente deben estar ubicados en una pared exterior), instalaciones de almacenamiento (quizá necesidades para el acceso exterior similares), necesidades del personal (una cafetería o sala de descanso localizadas en las inmediaciones), características del ediicio (actividades con grúas en un área elevada; operaciones de levantamiento sobre el piso) y los servicios generales. Evalúe una distribución alterna. Debido a que existen tantas opciones de distribución, no es nada raro encontrar que varias aparentan ser igualmente probables. En ese caso, el analista debe evaluar las diferentes opciones para poder determinar la mejor solución. Primero, es necesario que identiique factores que se consideran importantes: por ejemplo, la posibilidad de que se desee ampliar las instalaciones en el futuro, lexibilidad, eiciencia de lujo, manejo de materiales eiciente, seguridad, facilidad de supervisión, apariencia y estética, etc. Segundo, la importancia relativa de dichos factores debe establecerse a través de un sistema de ponderaciones, como por ejemplo de 0 a 10. Luego se le asigna un valor a cada opción para satisfacer cada factor. Muther (1973) sugiere la misma escala de 4 a –1; 4 representa casi perfecto; 3, especialmente bueno; 2, importante; 1, resultado ordinario, 0, sin importancia; y –1, no aceptable. Después, cada valor se multiplica por su peso. Los productos de cada opción se suman y el valor más grande indica la mejor solución. Seleccione la distribución e instálela. El paso inal consiste en implantar el nuevo método. Distribución de la planta de Dorben Consulting basada en el SLP El grupo Dorben Consulting desea planear una nueva área de oicinas. Existen siete áreas de actividad: la oicina de M. Dorben, la oicina de ingeniería (ocupada por dos ingenieros), el área secretarial, el recibidor y el área de espera para visitantes, el área del archivo, el área de copiado y la bodega. Las relaciones entre actividades son analizadas subjetivamente por M. Dorben, como se muestra en el diagrama de relaciones de la igura 3.20. El diagrama también indica la asignación de espacios para cada área, los cuales varían desde un valor de 20 pies cuadrados correspondiente al área de copiado hasta 125 pies cuadrados para la oicina de M. Dorben. Por ejemplo, la relación entre M. Dorben y la secretaria se considera absolutamente importante (A), mientras que la que existe entre el área de ingeniería y el recibidor se considera no deseable (X), para que los ingenieros no sean distraídos de su trabajo por los visitantes. Un primer intento relativamente bueno de un diagrama de relación de actividades da como resultado la igura 3.21. Si se suman el tamaño relativo de cada área el resultado es el diagrama de relación de espacios de la igura 3.22. Comprimiendo las áreas se obtiene la distribución inal que se muestra en la igura 3.23. Debido a que la oicina de Dorben y el área de ingeniería son prácticamente del mismo tamaño, pueden intercambiarse de una manera muy sencilla, lo cual dejaría dos distribuciones alternas. Dichas distribuciones se evalúan (igura 3.24) con base en el aislamiento de personal (el cual es muy importante para M. Dorben, que le asigna una ponderación de 8), movimiento de suministros, recep- 3.8 Distribución de la planta ción de visitantes y lexibilidad. La enorme diferencia entre las distribuciones es la cercanía del área de ingeniería al recibidor. Por lo tanto, la alternativa B (que se muestra en la igura 3.23) de 68 puntos, comparada con los 60 puntos de la alternativa A, resulta la distribución predilecta. STO FOY FIL ENG DOR SEC COP DOR SEC COP ENG STO FOY FIL Figura 3.21 Diagrama de relación entre actividades de Dorben Consulting. Figura 3.22 Configuración de la relación espacial de Dorben Consulting. N ENG SEC FIL COP STO DOR FOY Figura 3.23 Diagrama de distribución de Dorben Consulting. CONFIGURACIÓN ASISTIDA POR COMPUTADORA Cierto software disponible en el mercado puede ayudar a los analistas a desarrollar distribuciones realistas de una manera rápida y a bajo precio. El programa de Ubicación de Instalaciones Relativamente Computarizadas (CRAFT) es un programa que se utiliza de manera muy amplia. El centro de actividades podría ser un departamento o centro de trabajo dentro de un departamento. Cualquier centro de actividades puede identiicarse como ijo, lo que lo libera y permite libertad de movimiento de aquellos que pueden moverse fácilmente. Por ejemplo, a menudo se quiere congelar centros de actividad tales como elevadores, salas de descanso y escaleras. Los datos de entrada incluyen los números y ubicaciones de los centros ijos de trabajo, costos del manejo de materiales, lujo interactivo en el centro y una representación de la distribución mediante bloques. El algoritmo heurístico que gobierna pregunta: ¿Qué cambios sufrirán los costos del manejo de material si los centros de trabajo fueran intercambiados? Una vez que se ha almacenado la respuesta, la computadora procede de una manera iterativa hasta que llega a una buena solución. CRAFT calcula la matriz de distancia como las distancias rectangulares desde los centroides de los departamentos. Otro programa para realizar distribuciones se llama CORELAP. Los insumos de entrada del CORELAP son el número de departamentos, las áreas departamentales, las relaciones departamentales y los pesos de dichas relaciones. Luego, el programa elabora distribuciones y ubica los departamentos mediante el empleo de áreas rectangulares. El objetivo es proporcionar una distribución donde se encuentren juntos los departamentos de “alto rango”. 91 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones Evaluación de alternativas Planta: Dorben Consulting Proyecto: Construcción de una nueva oficina Fecha: 6-9-97 Página 1 de 1 A Alternativas 92 Analista: AF Factor/Consideración B Cara oeste de la oficina de Dorben Peso A C Cara este de la oficina de Dorben Valores y valores ponderados B C D Aislamiento del personal 8 1 8 3 24 Movimiento de los suministros 4 3 12 3 12 Recepción de visitantes 4 4 16 4 16 Flexibilidad 8 3 24 2 16 Totales 60 D E E Comentarios 68 Comentarios: La alternativa B, en la que la oficina de Dorben apunta hacia el este y la de los ingenieros hacia el oeste, hace que los visitantes interrumpan menos el trabajo de estos últimos. Figura 3.24 Evaluación de las alternativas de Dorben Consulting. ALDEP es otro programa para realizar distribuciones que distribuye las plantas con base en la selección aleatoria de un departamento al que ubica en un determinado arreglo. El diagrama de relaciones es posteriormente escaneado y los departamentos que tengan un alto valor de cercanía se introducen en la distribución. Este proceso continúa hasta que el programa coloca todos los departamentos. Después, el programa ALDEP calcula una puntuación de la distribución y repite el proceso un número especíico de veces. El programa también puede proporcionar distribuciones en múltiples pisos. Todos estos programas para elaborar la distribución de plantas se desarrollaron originalmente para ser usados en grandes computadoras. Con la llegada de las computadoras personales, los algoritmos han sido incorporados a los programas de PC, así como a otros algoritmos. Uno de ellos, el SPIRAL, fue diseñado para optimizar la relación adyacente mediante la suma de las relaciones positivas y la resta de las negativas en áreas adyacentes. Esencialmente, éste es un método cuantiicado de Muther y se describe con más detalle en Goestschalckx (1992). Por ejemplo, si se ingresan los 3.8 Distribución de la planta 93 datos del ejemplo de Dorben Consulting obtenemos una distribución ligeramente diferente, como se muestra en la igura 3.25. Observe que existe una tendencia a generar oicinas largas y angostas con el in de minimizar la distancia entre los centros. Esto representa un gran problema en los programas CRAFT, ALDEP, etc. Por suparte, SPIRAL al menos intenta modiicar esta tendencia agregando una penalización por la forma. También, en muchos de estos programas existe la tendencia (es decir, aquellos que son programas de mejora, como el CRAFT, que se construyen sobre una distribución inicial) a alcanzar una distribución mínima local y no la distribución óptima. Este problema puede solucionarse comenzana) [project_name] [number_of_departments] [department_ le_name] [building_width] [building_depth] [seed] [tolerance] [time_limit] [number_of_iterations] [report_level] [max_shape_ratio] [shape_penalty] DORBEN 7 DORBEN.DEP 25 20 12345 0.00010 120 20 2 2.50 500.00 DOR ENG SEC FOY FIL COP STO DOR DOR DOR DOR ENG ENG ENG SEC SEC SEC SEC FOY COP OUT 0 0 0 0 0 0 0 b) 0 0 125 0 0 120 0 0 65 0 0 50 0 0 40 0 0 20 0 0 80 ENG 1 SEC 4 FOY 1 FIL 2 SEC 1 FOY –1 FIL 2 FOY 2 FIL 3 COP 1 STO 1 STO 3 STO 3 OUT 0 0 0 0 0 0 0 0 VERDE AZUL ROJO AMARILLO CAFÉ GRIS NEGRO Dorben Ingenieros Secretaria Recibidor Archivo Copiado Bodega c) COP STO 3 1 1 SEC 3 2 3 1 4 FIL DOR 2 1 2 ENG FOY Figura 3.25 Archivos de entrada de SPIRAL: a) DORBEN.DAT, b) DORBEN.DEP y c) distribución resultante del ejemplo de DORBEN Consulting. 94 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones do con distribuciones alternas. Esto no representa mayor problema con programas de construcción, tales como SPIRAL, el cual genera una solución desde el comienzo. Un conjunto de programas más poderoso y quizá más útil son FactoryPLAN, FactoryFLOW y FactoryCAD, que ingresan archivos AutoCAD existentes de distribuciones de pisos y crean distribuciones muy detalladas apropiadas a la planeación arquitectónica. 3.9 DISEÑO DEL TRABAJO Debido a problemas recientes de tipo regulatorio (es decir, la OSHA) y de salud (por ejemplo, los crecientes costos de compensaciones médicas y para los trabajadores), las técnicas de diseño del trabajo se estudiarán con detalle en capítulos independientes. El capítulo 4 aborda el tema del trabajo manual y los principios de la economía del movimiento; el capítulo 5 trata acerca de los principios ergonómicos del lugar de trabajo y del diseño de herramientas; el capítulo 6 aborda el tema de las condiciones de trabajo y ambientales; el capítulo 7 presenta el trabajo congnitivo con respecto a la entrada informacional desde pantallas, procesamiento de información e interacción con computadoras; por su parte, el capítulo 8 trata de la seguridad en el lugar de trabajo y en los sistemas. RESUMEN Los nueve principales análisis de operaciones representan un método sistemático para analizar los hechos que se incluyen en los diagramas de operaciones y de lujo de procesos. Dichos principios se aplican de la misma forma en la planeación de nuevo trabajo como en la mejora de trabajo que ya está realizándose. Mientras que una reducción en desperdicios, un incremento en producción y una calidad mejorada consistente con los principios de la manufactura esbelta representan los resultados principales del análisis de operaciones, también proporcionan beneicios a todos los trabajadores mediante la implantación de mejores métodos y condiciones de trabajo. Un método sistemático para recordar y aplicar los nueve análisis de operaciones se presenta por medio de una lista de veriicación de las preguntas pertinentes, como se muestra en la igura 3.26. En la igura, la lista de veriicación demuestra cómo su uso dio como resultado una reducción de costos en una manta eléctrica con un eje en el control de botón. El rediseño del eje de tal manera que pueda ser económicamente producido mediante fundición en lugar de una parte de una máquina con tornillo, redujo el costo de fábrica de $68.75 por 1 000 piezas a $17.19 por la misma cantidad de piezas. Esta hoja de veriicación es también útil como una guía para ofrecer los métodos para entrenar a los capataces y superintendentes de las fábricas. Las preguntas que invitan al análisis minucioso, cuando se utilizan con inteligencia, ayudan a los supervisores de las fábricas a desarrollar ideas constructivas y a ayudar en el análisis de operaciones. PREGUNTAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Explique cómo se puede aplicar la simpliicación del diseño en el proceso de manufactura. ¿Cómo se relaciona el análisis de operaciones con la ingeniería de métodos? ¿Por qué se desarrollan las operaciones innecesarias en una industria? Compare y contraste el análisis de operaciones con el método de la manufactura esbelta. ¿Cuáles son los siete desperdicios (mudas)? ¿Qué son los pilares 5S? ¿Qué se entiende por tolerancias “estrictas”? Explique por qué es deseable “hacer muy estrictas” las tolerancias y especiicaciones. ¿Qué quiere decir inspección lote por lote? ¿Cuándo no es justiicable un procedimiento elaborado para controlar la calidad? ¿Cuáles son los seis puntos que deben considerarse cuando la misión consiste en reducir los costos de materiales? ¿De qué forma una situación de trabajo y equipo cambiantes afecta el costo de los componentes comprados? Explique de qué forma la reconiguración de operaciones puede generar ahorros. Por lo general, ¿qué proceso se considera el más rápido para deinir y dimensionar operaciones? ¿Cómo debe el analista investigar la coniguración y herramientas con el in de desarrollar mejores métodos? Preguntas Fecha 9/15 Departamento Molde Troquel Patrón Descripción de la parte Ins. Spec. Operación 11 Sub.. 2 Estilo Artículo 2 L. Spec. Sub. Diagrama C 18-4612 Eje de la cobija controlada por botón Torneado, ranurado, perforado, ramificado, moleteado, enroscado, corte Operador Blazer DETERMINE Y DESCRIBA 1. PROPÓSITO DE LA OPERACIÓN Formar contornos de 3/8” varilla S.A.E. 1112 en máquina de tornillo automática para cumplir con las especiicaciones del diagrama. 2. LISTA COMPLETA DE TODAS LAS OPERACIONES LLEVADAS A CABO A LA PARTE No. Descripción Estado del trabajo Dept. 1. Torneado, ranurado, perforado, ramiicado, moleteado, enroscado, corte. B. & S. 11 2. Rebaba Banca 12 3. Inspección de 1% Banca 18 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 3. REQUISITOS DE INSPECCIÓN a) De operaciones anteriores ¿Muy costosos? c) De la operación siguiente. ¿Apropiados para el propósito? Metal fundido para el dado a base de zinc podría ser menos costoso. ¿Deberían utilizarse la grúa, la banda transportadora por gravedad, desplazadores u otros vehículos especiales? Considere la distribución respecto a la distancia desplazada. Quizá la gravedad a la estación de rebaba. c) Manejado en la estación de trabajo por 6. CONFIGURACIÓN (Anexe una descripción con bosquejos si fuere necesario) Como se está haciendo es satisfactorio a) Equipo de herramientas Presente Sugerencias Rediseñe la parte a fabricar como fundido del dado a base de zinc en lugar de la parte de la máquina de tornillo S.A.E. 1112. Consejo de Ingeniería de Métodos. Forma No. 101 Considere el tamaño, nivel de adecuación, resistencia y las condiciones físicas ¿Puede sustituirse el material más barato? b) Removido por: carrito de 2 ruedas manual 22. 23. ¿La operación que se está analizando puede eliminarse? No ¿Combinarse con otra? No ¿Realizarse durante el periodo ocioso de otra? Sí, mediante el acoplamiento de máquinas. ¿Es la secuencia de operaciones la mejor posible? Sí ¿Deberían realizarse las operaciones en otro departamento para ahorrar dinero en costo o manejo? Quizás se puede comprar fuera a un menor costo. canonjías, acabados y otros requisitos? 5. MANEJO DE MATERIALES a) Movido por: un montacargas de 4 ruedas automático 20. 21. ¿Se puede cumplir el propósito mejor de otra forma? Sí, por medio del fundición a troquel ¿Son necesarios las tolerancias, Compuestos de corte y otros materiales de suministro 16. 17. 18. 19. DETALLES DEL ANÁLISIS b) De esta operación. Sí. Quizás S.Q.C. reduzca la cantidad de inspección. 4. MATERIAL 95 ¿Cómo se aseguran los diagramas y las herramientas? ¿Podría mejorarse la distribución? Piezas de prueba Ajustes mecánicos Herramientas ¿Apropiadas? ¿Proporcionadas? Herramientas de trinquete Herramientas eléctricas Herramientas de propósito especial Guías, soportes Sujetadores especiales Accesorios: múltiples y duplicados HOJA DE ANÁLISIS Señale algunas aplicaciones del código de barras para mejorar la productividad. ¿Cuáles son los dos tipos generales de distribuciones de plantas? Explique cada uno de ellos a detalle. ¿Cuál es la mejor forma de probar una distribución propuesta? ¿Qué preguntas debe realizar el analista cuando estudia el trabajo que se realiza en una estación de trabajo especíica? Explique las ventajas del uso de una lista de veriicación. En relación con los vehículos guiados automáticos, ¿por qué los costos varían muy poco en función de la distancia? ¿De qué depende el alcance del herramental? ¿De qué forma el control de la planeación y de la producción afecta el tiempo de la coniguración (setup)? Figura 3.26 Lista de verificación del análisis de operaciones para la fabricación para la cobija eléctrica controlada por botón. 96 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones 7. CONSIDERE LAS POSIBILIDADES SIGUIENTES 1. Instalar rampas de entrega por gravedad 2. Utilizar la entrega por caída 3. Comparar los métodos si más de un operador trabaja en la misma tarea. 4. Proporciónele al operador la silla correcta 5. Mejore las guías o accesorios proporcionando evacuadores, sujetadores de acción rápida, etcétera. 6. Utilice mecanismos operados con los pies. 7. Conigure para operación con dos manos. 8. Arregle las partes y las herramientas dentro del área normal de trabajo. 9. Cambie la distribución para eliminar el registro de regreso y permita el acoplamiento de máquinas. 10. Utilice todas las mejoras llevadas a cabo en otras tareas. ACCIÓN RECOMENDADA Sí, acumule las caídas Luz O.K. Calor O.K. Ventilación, humos O.K. Fuentes para beber agua O.K. Lavabos O.K. Aspectos de seguridad O.K. Diseño de partes O.K. Tareas administrativas necesarias (llenado de tarjetas de tiempo, etc.) O.K. Probabilidad de retrasos O.K. Volumen de fabricación probable O.K. 8. CONDICIONES DE TRABAJO Satisfactorias, en general a) Otras condiciones 9. MÉTODO (Anexe bosquejos o procesos si fuere necesario) Distribución del área de trabajo Colocación de Herramientas Materiales Suministros Posición del trabajo ¿El método cumple con las leyes de la economía de movimientos? ¿Se utilizan clases más bajas de movimientos? a) Antes del análisis y del estudio de movimientos Eje controlado por botón diseñado como parte de una máquina de tornillo b) Después del análisis y del estudio de movimientos Línea de partido Vea el reporte complementario titulado fundido del dado, eje de control Rediseño del botón de control como una parte fundida a troquel. Las roscas en la extensión del lado izquierdo cubren sólo 50% de la periferia; de la misma forma, el moleteado en la extensión del extremo derecho a la mitad de la periferia permite que la pieza sea quitada con facilidad del dado. Figura 3.26 (continuación) OBSERVADOR R. Guild APROBADO POR Fecha R. Hussey 24. ¿Cómo pueden manejarse de mejor manera los materiales? 25. ¿Cómo se relaciona el diagrama de recorridos con el SLP de Muther? 26. ¿Por qué el diagrama de recorrido tiene una mayor aplicación en la distribución por procesos que en la distribución por productos? 27. Explique el propósito fundamental de la tecnología de grupos. 28. Explique cómo la conservación de varilla para soldar puede dar como resultado un ahorro de 20% en materiales. 29. Identiique algunos componentes de automóvil que antes eran construidos de metal y ahora lo son de plástico. 30. ¿Dónde encontraría usted una aplicación de la mesa hidráulica elevadora? 31. ¿Cuál es la diferencia entre una plataforma y una tarima? Referencias Actividad Área (pies cuadrados) A 160 B 160 97 O I I C 240 I U U D 160 E 80 U U U U Tamaño Área A B C D E 150 A — 1 20 8 1 50 B 0 — 30 0 8 90 C 20 5 — 40 20 90 D 0 1 2 — * 40 E 0 0 11 0 — Figura 3.27 Información para el problema 4. PROBLEMAS 1. La tolerancia del acabado del eje de la igura 3.4 se modiicó de 0.004 pulgadas a 0.008 pulgadas. ¿Qué cantidad de mejora de costo dio como resultado este cambio? 2. La compañía Dorben está diseñando una parte de hierro fundido cuya resistencia T es una función conocida del contenido de carbón C, donde T = 2C2 + 3/4C – C3 + k. Para maximizar la resistencia, ¿qué contenido de carbón debe especiicarse? 3. Para hacer que una determinada parte sea intercambiable, fue necesario reducir la tolerancia del diámetro externo de ±0.010 a ±0.005, lo que generó un aumento del costo de 50% de la operación de torneado. La operación de torneado representa 20% del costo total. Hacer la parte intercambiable signiicó que el volumen de esta parte pudiera incrementarse 30%. El aumento de volumen hará posible la producción a 90% del costo anterior. ¿Deberá el ingeniero de métodos proceder con este cambio de tolerancias? Explique su respuesta. 4. El complejo del Grupo Dorben consta de cinco oicinas, con áreas y relaciones como se muestra en la igura 3.27. Obtenga una distribución óptima, utilizando el SLP de Muther y SPIRAL. Compare y contraste las distribuciones resultantes. 5. Utilizando el diagrama desde-hacia (presentado en esta página) que muestra el número de unidades manejadas de un área a otra por hora y el tamaño deseado de cada área (en pies cuadrados), desarrolle una coniguración óptima mediante el uso del SLP de Muther y SPIRAL. Observe que será necesario que usted observe el esquema de relaciones de los lujos dados. Asimismo, * signiica relación indeseable. REFERENCIAS Bralla, James G., Handbook of Product Design for Manufacturing, Nueva York: McGraw-Hill, 1986. Buffa, Elwood S., Modern Production Operations Management, 6a. ed., Nueva York: John Wiley & Sons, 1980. 98 CAPÍTULO 3 Análisis de operaciones Chang, Tien-Chien, Richard A. Wysk y Wang Hsu-Pin, Computer Aided Manufacturing, Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1991. Drury, Colin G., “Inspection Performance”, en Handbook of Industrial Engineering, 2a. ed., Ed. Gavriel Salvendy, Nueva York: John Wiley & Sons, 1992. Francis, Richard L. y John A. White, Facility Layout and Location: An Analytical Approach, Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1974. Goetschalckx, M., “An Interactive Layout Heuristic Based on Hexagonal Adjacency Graphs”, en European Journal of Operations Research, 63, núm. 2 (diciembre de 1992), pp. 304-321. Konz, Stephan, Facility Design, Nueva York: John Wiley & Sons, 1985. Material Handling Institute, The Ten Principles of Material Handling. Charlotte, NC,1998. Muther, R., Systematic Layout Planning, 2a. ed., Nueva York: Van Nostrand Reinhold, 1973. Niebel, Benjamin W. y C. Richard Liu, “Designing for Manufacturing”, en Handbook of Industrial Engineering, 2a. ed., Ed. Gavriel Salvendy, Nueva York: John Wiley & Sons, 1992. 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SOFTWARE SELECCIONADO ALDEP, IBM Corporation, program order no. 360D-15.0.004. CORELAP, Engineering Management Associates, Boston, MA. CRAFT, IBM share library No. SDA 3391. Herramientas de diseño (disponible del sitio de Internet del libro de McGraw-Hill www.mhhe.com/ niebelfreivalds. Nueva York: McGraw-Hill, 2002. FactoryPLAN, FactoryFLOW y FactoryCAD, (vol. 3) EDS PLM Solutions, 2321 North Loop Dr. ISU Research Park, Ames, IA, 50010, 2001. (http://www.eds.com/). SPIRAL, User’s Manual, 4031 Bradbury Dr., Marrieta, GA, 30062,1994. VIDEOCINTAS/DVD SELECCIONADOS Design for Manufacture and Assembly, DV05PUB2, Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers, 2005. Flexible Material Handling, DV03PUB104, Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers, 2003. Flexible Small Lot Production for Just-In-Time, DV03PUB107, Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers, 2003. Introduction to Lean Manufacturing, DV03PUB46, Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers, 2003. Layout Improvements for Just-In-Time, Manufacturing Insights Videotape Series, 1/29 VHS VT393-1368 & 3/49 U-Matic VT393U-1368, Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers, 1990. Quick Changeover for Lean Manufacturing, DV03PUB33, Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers, 2003. Total Quality Management, Manufacturing Insights Videotape Series, VT91PUB1, Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers, 1991. 4.2 Principios de diseño del trabajo Diseño del trabajo manual CAPÍTULO 4 PUNTOS CLAVE • • • Diseño del trabajo de acuerdo con las capacidades y limitaciones del ser humano. Para las tareas manuales: • • • • • Utilice movimientos dinámicos en lugar de mantenerse estático. Mantenga el requisito de esfuerzo por debajo del 15% del máximo. Evite los rangos de movimientos extremos. Utilice los músculos más pequeños para obtener velocidad y precisión. Utilice los músculos más grandes para hacer fuerza. Para levantar cargas y otro tipo de trabajo manual pesado: • • • • Mantenga las cargas a un tercio por debajo de la capacidad máxima de trabajo. Minimice las distancias horizontales de carga. Evite los giros. Utilice ciclos breves de trabajo/descanso. E l diseño del trabajo manual fue introducido por los Gilbreth a través del estudio de movimientos y los principios de la economía de movimientos y, después, de manera cientíica, por especialistas en factores humanos en aplicaciones militares. Tradicionalmente, los principios se han dividido en tres subdivisiones básicas: 1) el uso del cuerpo humano, 2) el arreglo y las condiciones del lugar de trabajo, y 3) el diseño de herramientas y equipo. Algo más importante, aunque desarrollado de manera empírica, es que los principios están basados en principios anatómicos, biomecánicos y psicológicos conocidos del cuerpo humano. Dichos principios forman la base cientíica de la ergonomía y el diseño del trabajo. De acuerdo con lo anterior, se presentarán algunos antecedentes teóricos de tal manera que los principios de la economía de movimiento pueden comprenderse mejor, en lugar de aceptarse como reglas que se deban memorizar. Además, los principios convencionales de la economía de movimientos se han diseminado de forma considerable y, en la actualidad, se llaman principios y lineamientos para el diseño del trabajo. Este capítulo presenta los principios relacionados con el cuerpo humano y los lineamientos para diseñar el trabajo en relación con la actividad física. El capítulo 5 abarca los principios relacionados con el diseño de estaciones de trabajo, herramientas y equipo. El capítulo 6 presenta los lineamientos para diseñar el ambiente de trabajo. El capítulo 7 presenta el diseño del trabajo cognitivo, tema que, aunque no ha sido convencionalmente 99 99 100 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual Braquial Bíceps Braquiorradial Tríceps Figura 4.1 Sistema músculo-esquelético del brazo. incluido como parte de la ingeniería de métodos, se ha convertido en un aspecto de gran importancia del diseño del trabajo. El capítulo 8 estudia el lugar de trabajo y la seguridad de los sistemas. 4.1 SISTEMA MÚSCULO-ESQUELÉTICO El cuerpo humano puede generar movimientos debido a un complejo sistema de músculos y huesos que, en conjunto, se llama sistema músculo-esquelético. Los músculos están conectados a los huesos junto a toda articulación (vea la igura 4.1), de tal manera que uno o varios de ellos, Músculo llamados agonistas, actúan como los principales activadores del movimiento. Otros músculos, llamados antagonistas, contrarrestan a los agonistas y se oponen al movimiento. Para lexionar el codo, lo cual representa una disminución del ángulo interno de la articulación, los músculos bíceps, braquiorradial y el braquial forman al agonista, mientras que el tríceps forma al antagonista. Sin embargo, para extenderlo, lo cual reFascículo Grupo de fibras presenta un aumento del ángulo de la articulación, el tríceps se convierte en el agonista musculares mientras que los otros tres músculos conforman el antagonista. En el cuerpo humano existen tres tipos de músculos: músculos esqueléticos o estriados, los cuales están conectados a los huesos; músculo cardiaco, que está en el corazón; y músculo plano, que se encuentra en los órganos internos y en las paredes de los vasos sanguíneos. En este texto sólo se estudiarán los músculos esqueléticos (de los cuales existen alrededor de 500 en el cuerpo humano), debido a su relevancia para el movimiento. Cada músculo está formado por un gran número de ibras musculares, de alrededor de 0.004 pulgadas (0.1 mm) de diámetro y cuya longitud varía entre 0.2 y 5.5 pulgadas (5 a 140 mm), dependiendo del tamaño del músculo. Por lo general, dichas ibras están Miofibrilla conectadas entre sí en paquetes a través de tejido conectivo, el cual se extiende hasta los extremos de los músculos y ayuda para conectar irmemente el músculo y sus ibras al hueso (vea la igura 4.2). Estos paquetes son penetrados por pequeños vasos sanguíneos que transportan oxígeno y nutrientes a las ibras musculares, así como también Miofilamento por pequeñas terminaciones nerviosas que transportan impulsos eléctricos del cordón espinal y del cerebro. Cada ibra muscular se subdivide en mioibrillas más pequeñas y inalmente en ilamentos proteicos que proporcionan el mecanismo de contracción. Existen dos tiMiosina pos de ilamentos: ilamentos gruesos, compuestos por grandes proteínas con cabezas moleculares, llamadas miosina; y ilamentos delgados, compuestos por proteínas globulares, llamados actina. El entrelazamiento de los dos tipos de ilamentos les otorga la Actina apariencia estriada y da origen a su nombre alterno, como se muestra en la igura 4.3. Figura 4.2 Estructura del Esto permite que el músculo se contraiga a medida que los ilamentos de deslizan unos músculo. sobre otros, lo cual se presenta a medida que se forman puentes moleculares o uniones, (De: Anatomía de Gray, 1973, con se rompen y se reforman entre las cabezas de miosina y los glóbulos de actina. Esta teoel permiso de W. B. Saunders Co., ría del ilamento deslizante explica por qué la longitud del músculo puede variar hasta Londres) aproximadamente el 50% de su longitud en reposo (la longitud no contráctil neutral 4.2 Principios de diseño del trabajo 101 Z Z Z Z Z Fuerza [Porc.(%) de la máxima] Z Z Z Z Z 100 50 Figura 4.3 Relación fuerza-longitud del músculo esquelético. 50 100 150 Longitud del elemento contráctil [Porc. (%) de la longitud en reposo] (De: Winter, 1979, p. 114. Reimpreso con el permiso de John Wiley & Sons, Inc.) en aproximadamente el punto medio del rango normal del movimiento) totalmente contraído, hasta 180% de su longitud en reposo cuando se encuentra totalmente extendido (vea la igura 4.3). 4.2 PRINCIPIOS DE DISEÑO DEL TRABAJO: CAPACIDADES HUMANAS Y ECONOMÍA DE LOS MOVIMIENTOS LOGRE LA MÁXIMA FORTALEZA MUSCULAR A LA MITAD DEL RANGO DE MOVIMIENTO El primer principio de la capacidad humana se deriva de la propiedad de U-invertida de la contracción muscular que se muestra en la igura 4.3. A la longitud de reposo, se presenta la conexión óptima entre los ilamentos grueso y delgado, lo cual da como resultado una fuerza muscular considerablemente disminuida (casi cero). De manera similar, en estado totalmente contraído, se presenta interferencia entre los ilamentos delgados opuestos, lo que otra vez evita una conexión óptima y una disminución de la fuerza muscular. Esta propiedad muscular se llama típicamente relación fuerzalongitud. Por lo tanto, una tarea que requiera una fuerza muscular considerable debe realizarse en la posición óptima. Por ejemplo, la posición neutral o recta proporciona la fuerza de sujeción más grande a los movimientos de muñecas. Para la lexión del codo, la posición más irme sería con el codo doblado en una posición mayor a 90°. Para una lexión de las plantas (es decir, para liberar un pedal), de nuevo la posición óptima es ligeramente mayor a 90°. Una regla práctica para encontrar el rango medio del movimiento es considerar la postura que toma un astronauta en condiciones de peso nulo cuando tanto los músculos agonistas como los antagonistas alrededor de la articulación están muy relajados y la extremidad alcanza una posición neutral (vea la igura 4.4). ALCANCE LA MÁXIMA RESISTENCIA MUSCULAR CON MOVIMIENTOS LENTOS El segundo principio de la capacidad humana se basa en otra propiedad de la teoría de los ilamentos deslizantes y la contracción muscular. A medida que las uniones moleculares se forman, rompen y CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual Referencia vertical 24° ± 5° 100 90° Referencia horizontal Línea d e vista a Lín 1g 10° ea d ev ista a0 g 15° ± 2° 122° ± 24° 36° ± 19° 128° ± 7° Fuerza [Porcentaje de la máxima] 102 50 0 0 100 50 Velocidad [Porcentaje de la máxima velocidad sin carga] 133° ± 8° Figura 4.4 Típica postura relajada que asume la gente en condiciones sin peso. (De: Thornton, 1978, igura 16.) Figura 4.5 111° ± 6° Relación fuerza-velocidad del músculo esquelético. Referencia horizontal reforman, la unión es menos eiciente y se produce la menor fuerza muscular. Éste es un efecto no lineal pronunciado (vea la igura 4.5) donde la fuerza muscular máxima se produce sin un acortamiento medible externamente (es decir, a velocidad cero o contracción estática), y a una mínima fuerza muscular que está siendo producida a la velocidad máxima de la contracción del músculo. La fuerza es suiciente para desplazar la masa de ese segmento del cuerpo. Esta propiedad muscular, que se conoce como relación fuerza-velocidad, es particularmente importante para el trabajo manual pesado. UTILICE EL IMPULSO PARA AYUDAR A LOS EMPLEADOS SIEMPRE QUE SEA POSIBLE; MINIMÍCELO SI ES CONTRARRESTADO POR ESFUERZO MUSCULAR Existe una concesión entre los principios segundo y tercero. Los movimientos más rápidos generan un mayor impulso y mayores fuerzas de impacto en el caso de los codos. Los movimientos hacia abajo son más eicaces que los movimientos hacia arriba, debido a la ayuda que proporciona la fuerza de gravedad. Para hacer un uso total del impulso que se forma, las estaciones de trabajo deben permitir que los operarios liberen una parte terminada en un área de entrega mientras sus manos estén en el proceso de tomar las partes o las herramientas para comenzar el ciclo de trabajo siguiente. DISEÑO DE TAREAS PARA OPTIMIZAR LA CAPACIDAD DE ESFUERZO HUMANA La capacidad de esfuerzo humana depende de tres factores principales de la tarea: 1) el tipo de esfuerzo, 2) el movimiento del músculo o articulación que se esté utilizando, y 3) la postura. Existen tres tipos de esfuerzos musculares, que se deinen principalmente por la forma en que se mide la resistencia del esfuerzo. Los esfuerzos musculares que resultan en movimientos corporales son consecuencia del esfuerzo dinámico. Con frecuencia, dichos esfuerzos se llaman contracciones isotónicas, debido a que los segmentos de carga y de cuerpo levantados nominalmente conservan una fuerza externa constante en el músculo. (Sin embargo, la fuerza interna producida por el músculo varía debido a la geometría del impulso efectivo de los brazos.) Debido a las diferentes variables involucradas en dichas contracciones, algunas de ellas necesitan obligadamente ser restringidas con el in de obtener un esfuerzo medible. Por lo tanto, las mediciones del esfuerzo dinámico se han realizado típicamente mediante el empleo de dinamómetros de velocidad constante (isocinéticos) como, por ejemplo, el Cybex o el Mini-Gym (Freivalds y Fotouhi, 1987). En el caso donde el movimiento del cuerpo es restringido, se obtiene un esfuerzo isométrico o estático. Como se puede observar en la igura 4.5, 4.2 Principios de diseño del trabajo 103 Distribución de la resistencia en brazos Mujeres Hombres x = 44.9 x = 85.8 s = 17.6 s = 28.6 Asa larga Frecuencia 90˚ 100 200 Libras Posición para prueba de resistencia de levantamiento de brazos Asa corta Frecuencia Distribución de resistencia en piernas Mujeres x = 93.8 s = 44.4 Hombres x = 211.8 s = 76.5 100 200 300 Libras Posición para prueba de resistencia de levantamiento de piernas Asa larga Frecuencia Distribución de resistencia en el torso 15 Posición para prueba de resistencia de levantamiento de torso Mujeres x = 59.9 s = 31.0 100 Hombres x = 122.4 s = 54.8 200 Libras 300 Figura 4.6 Posiciones de resistencia estática y resultados de 443 hombres, 108 mujeres. (Chaffin et al., 1977.) el esfuerzo isométrico es necesariamente mayor que el esfuerzo dinámico debido a la conexión más eiciente de los ilamentos musculares de desplazamiento más bajos. En la tabla 4.1 se muestran algunos esfuerzos musculares isométricos representativos de varias posturas mientras que en la igura 4.6 se muestran esfuerzos de levantamiento representativos de 551 trabajadores de la industria en diferentes posturas. Por lo general, la mayoría de las tareas industriales involucra algún movimiento; por lo tanto, las contracciones totalmente isométricas son raras. Por lo normal, la gama de movimientos es limitada de alguna manera, y la contracción dinámica no es en realidad una contracción isocinética, sino que es un conjunto de contracciones cuasicinéticas. Por lo tanto, los esfuerzos dinámicos son en gran medida dependientes de la tarea y de la condición y se ha publicado muy poco respecto a los datos del esfuerzo dinámico. Por último, un tercer tipo de capacidad de esfuerzo muscular, el esfuerzo psicofísico, se deine para aquellas situaciones en las que se requieren demandas de esfuerzo durante un tiempo prolongado. Una capacidad estática de esfuerzo no es representativa por necesidad de lo que sería repetitivamente posible en un turno de 8 horas. Por lo general, la carga máxima aceptable (determinada mediante el ajuste de la carga levantada o fuerza ejercida hasta que el sujeto sienta que la carga o fuerza sería aceptable con base en repeticiones por un periodo determinado) es entre 40 y 50% menor que 104 Tabla 4.1 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual A. Datos del impulso de resistencia muscular estática (pies · libra) de 25 hombres y 22 mujeres empleadas para realizar trabajos manuales en la industria Hombres (percentil) Función muscular Ángulos de la articulación Flexión del codo Extensión del codo Rotación humeral media (hombro) Rotación humeral lateral (hombro) Flexión horizontal de hombro Extensión horizontal del hombro Abducción vertical del hombro Abdución vertical del hombro Extensión del tobillo (flexión plantar) Extensión de la rodilla Flexión de la rodilla Extensión de la cadera Flexión de la cadera Extensión del torso Flexión del torso Flexión lateral de torso Mujeres (percentil) 5 50 95 5 50 95 31 57 82 12 30 41 23 34 49 7 20 28 21 38 61 7 15 24 17 24 38 10 14 21 90° hombro vertical (en un costado) 32 68 89 9 30 44 90° hombro vertical (en un costado) 32 49 76 14 24 42 90° hombro vertical (en un costado) 90° hombro vertical (en un costado) 26 32 49 52 85 75 10 11 22 27 40 42 51 62 43 69 87 121 66 70 93 124 74 140 137 173 106 117 175 235 116 309 252 371 159 193 29 38 16 28 42 52 36 37 60 78 46 72 93 136 55 69 97 162 77 133 131 257 119 120 90° incluyendo el brazo (brazo en el costado) 70° incluyendo el brazo (brazo en el costado) 90° hombro vertical (extendido) 5° hombro vertical (en un costado) 90° incluye la espinilla 120° incluye el muslo (sentado) 135° incluye el muslo (sentado) 100° incluye el torso (sentado) 110° incluye el torso (sentado) 100° incluye el muslo (sentado) 100° incluye el muslo (sentado) Sentado erguido (continúa) el esfuerzo estático una sola vez. Se han elaborado tablas extensivas de los esfuerzos psicofísicos con varias frecuencias y posturas (Snook y Ciriello, 1991). Un resumen de estos valores se proporciona en las tablas 4.2, 4.3 y 4.4. UTILIZACIÓN DE LOS MÚSCULOS GRANDES PARA LAS TAREAS QUE REQUIEREN FUERZA La fuerza muscular es directamente proporcional al tamaño del músculo, como lo deine el área de la sección transversal [especíicamente, 87 psias (60 N/cm2) tanto en el caso de hombres como de mujeres] (Ikai y Fukunaga, 1968). Por ejemplo, los músculos de las piernas y del tronco deben utilizarse para levantar cargas muy pesadas, en lugar de usar los músculos más débiles de los brazos. El factor postural, aunque de alguna manera determinado por los cambios geométricos del impulso muscular o brazo de palanca, está relacionado con la longitud en reposo de las ibras musculares que están en el rango medio del movimiento en la mayoría de las articulaciones, como quedó establecido en el primer principio de la economía de movimientos. PERMANEZCA POR DEBAJO DEL 15% DE LA MÁXIMA FUERZA VOLUNTARIA La fatiga muscular es un criterio muy importante, pero poco utilizado para diseñar tareas adecuadas para el operario humano. El cuerpo humano y el tejido muscular dependen principalmente de dos tipos de fuentes de energía, la aeróbica y la anaeróbica (consulte la siguiente sección que trata acerca del Trabajo Manual). Como el metabolismo anaeróbico puede suministrar energía sólo por un periodo muy pequeño, el oxígeno suministrado a las ibras musculares a través del lujo sanguíneo periférico se convierte en un aspecto crítico para determinar cuánto tiempo durarán las contracciones 4.2 105 Principios de diseño del trabajo Tabla 4.1 B. Datos del impulso de resistencia muscular estática (N · m) de 25 hombres y 22 mujeres empleadas para realizar trabajos manuales en la industria (continuación). Hombres (percentil) Función muscular Flexión del codo Extensión del codo Rotación humeral media (hombro) Rotación humeral lateral (hombro) Flexión horizontal de hombro Extensión horizontal del hombro Abducción vertical del hombro Abdución vertical del hombro Extensión del tobillo (flexión plantar) Extensión de la rodilla Flexión de la rodilla Extensión de la cadera Flexión de la cadera Extensión del torso Flexión del torso Flexión lateral de torso Ángulos de la articulación Mujeres (percentil) 5 50 95 5 50 95 42 77 111 16 41 55 31 46 67 9 27 39 28 52 83 9 21 33 23 33 51 13 19 28 90° hombro vertical (en un costado) 44 92 119 12 40 60 90° hombro vertical (en un costado) 43 67 103 19 33 57 90° hombro vertical (en un costado) 90° hombro vertical (en un costado) 35 43 67 71 115 101 13 15 30 37 54 57 69 84 58 94 118 164 89 95 126 168 100 190 185 234 143 159 237 318 157 419 342 503 216 261 31 52 22 38 57 71 49 50 81 106 62 97 126 184 75 94 131 219 104 180 177 348 161 162 90° incluyendo el brazo (brazo en el costado) 70° incluyendo el brazo (brazo en el costado) 90° hombro vertical (extendido) 5° hombro vertical (en un costado) 90° incluye la espinilla 120° incluye el muslo (sentado) 135° incluye el muslo (sentado) 100° incluye el torso (sentado) 110° incluye el torso (sentado) 100° incluye el muslo (sentado) 100° incluye el muslo (sentado) Sentado erguido Fuente: Chaffin y Anderson, 1991. Reimpreso con el permiso de John Wiley & Sons, Inc. Tabla 4.2 Pesos máximos (en libras y kilogramos) aceptables por hombres y mujeres promedio para levantar cajas compactas [14 pulgadas (34 cms.) de ancho] con asas 1 levantamiento en 0.5 minutos Tarea Del piso a la altura de los nudillos De los nudillos a la altura de los hombros De los hombros al alcance del brazo 1 levantamiento en 1 minuto 1 levantamiento en 30 minutos Hombres Mujeres Hombres Mujeres Hombres Mujeres lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg 42 42 37 19 19 17 26 20 18 12 9 8 66 55 51 30 25 23 31 29 24 14 13 11 84 64 59 38 29 27 37 33 29 17 15 13 Nota: Para bajar, aumente 6% los valores. Para cajas sin asas, reduzca 15% los valores. El aumento del tamaño de la caja (hacia afuera del cuerpo) a 30 pulgadas (75 cm) reduce 16% los valores. Fuente: Adaptado de Snook y Ciriello, 1991. musculares. Desafortunadamente, a medida que las ibras musculares se contraen de una manera más fuerte, se comprimen más las arteriolas y capilaridades entrelazadas (vea la igura 4.2), y a medida que se restringen más los suministros de lujo sanguíneo y oxígeno, las fatigas musculares serán más rápidas. El resultado es la curva de resistencia que se muestra en la igura 4.8. La relación es marcadamente no lineal y varía desde un tiempo de resistencia muy corto de alrededor de 6 segundos a una máxima contracción, en cuyo punto la fuerza muscular disminuye drásticamente hasta un tiempo de resistencia muy indeinido de alrededor de 15% de una contracción máxima. 106 CAPÍTULO 4 Tabla 4.3 Diseño del trabajo manual Fuerzas de empuje (en libras y kilogramos) a la altura de la cintura aceptables por hombres y mujeres (I = Inicial, S = Sostenido) 1 levantamiento/minuto Hombres Distancia empujada, pies (m) 150 (45) 50 (15) 7 (2) I 1 levantamiento en 30 minutos Mujeres S I Hombres S I Mujeres S I S lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg 51 77 95 23 35 43 26 42 62 12 19 28 40 44 55 18 20 25 22 29 40 10 13 18 66 84 99 30 38 45 42 51 75 19 23 34 51 53 66 23 24 30 26 33 46 12 15 21 Nota: Para fuerza de empuje a la altura de los hombros o de los nudillos/rodillas, reduzca 11% los valores. Fuente: Adaptado de Snook y Ciriello, 1991. Tabla 4.4 Fuerzas de arrastre (en libras y kilogramos) a la altura de la cintura aceptables por hombre y mujeres (I = Inicial, S = Sostenido) 1 arrastre/minuto Hombres Distancia de arrastre, pies (m) 150 (45) 50 (15) 7 (2) I 1 arrastre en 30 minutos Mujeres S I Hombres S I Mujeres S I S lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg lb kg 37 57 68 17 26 31 26 42 57 12 19 26 40 42 55 18 19 25 24 26 35 11 12 16 48 62 73 22 28 33 42 51 70 19 23 32 48 51 66 22 23 30 26 33 44 12 15 20 Nota: Para fuerza de arrastre a la altura de los hombros o de los nudillos/rodillas, reduzca 11% los valores. Fuente: Adaptado de Snook y Ciriello, 1991. EJEMPLO 4.1 Torsión de la flexión del codo Considere el diagrama de cuerpo libre de la extremidad superior con el codo a 90° de la igura 4.7. Hay tres músculos involucrados en la lexión del codo: braquio-bíceps, braquio-radial y braquial (vea la igura 4.1). Sin embargo, el bíceps es el lexor principal y para los propósitos de este ejemplo, es el único músculo que se muestra, y también puede considerarse como un músculo equivalente que combina las características de los tres músculos. (Observe que una solución de los tres músculos en forma independientes no es factible debido a una condición llamada indeterminancia estática.) El músculo equivalente se inserta aproximadamente a 2 pulgadas adelante del punto de rotación del codo. El antebrazo pesa aproximadamente 3 libras en un hombre promedio y el peso puede considerarse que actúa en el centro de gravedad del antebrazo, aproximadamente 4 pulgadas (0.33 pies) adelante del codo. La mano sostiene una carga desconocida L a una distancia de 11 pulgadas (0.92 pies) respecto al codo. La máxima carga que puede sostenerse está determinada por la torsión máxima de lexión voluntaria del codo, la cual para el 50avo percentil en el hombre es de 57 pies-libra (vea la tabla 4.1). En la posición de equilibrio estático que se muestra en la igura 4.7, la torsión en sentido contrario al de las manecillas del reloj de 57 pies-libra está balanceada por otras dos torsiones en el sentido de las manecillas del reloj, una para el peso de la extremidad inferior y otra para la carga: 57 ⫽ 0.33 ⫻ 3 ⫹ 0.92 ⫻ L Resolviendo la ecuación obtenemos L = 60.9 libras. Por lo tanto, la máxima carga que un hombre promedio puede levantar mediante la lexión del codo es aproximadamente de 61 libras. Sería interesante calcular cuánta fuerza debe ejercer un músculo equivalente para levantar esta carga. La torsión máxima voluntaria es producida por una fuerza muscular conocida Fbíceps que actúa a través de un brazo con un impulso de 2 pulgadas (0.167 pies). 4.2 Principios de diseño del trabajo 57 ⫽ 0.167 ⫻ Fbíceps Entonces, Fbíceps es igual a 57/0.167 o 342 libras, lo que signiica que el músculo ejerce cerca de 6(342/61) veces más fuerza a medida que se levanta la carga. A partir de este dato se puede concluir que el cuerpo humano no está diseñado para tener una gran resistencia, sino para realizar una gran cantidad de movimientos. Fbíceps 2 2 7 3 Figura 4.7 L Esta relación puede modelarse mediante T ⫽ 1.2/(f ⫺ 0.15)0.618 ⫺ 1.21 donde T ⫽ tiempo de resistencia, en minutos f ⫽ fuerza que se requiere expresada como una fracción de la resistencia isométrica máxima Por ejemplo, un trabajador puede soportar un nivel de fuerza de 50% de la resistencia máxima aproximadamente por sólo un minuto: T ⫽ 1.2/(0.5 ⫺ 0.15)0.618 ⫺ 1.21 ⫽ 1.09 minutos Tiempo de resistencia (minutos) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 20 40 60 80 100 % Nivel de esfuerzo [Porcentaje de la máxima fuerza muscular] Figura 4.8 Relación de los niveles de resistencia-esfuerzo de los músculos estáticos que muestran los rangos de ± 1 SD. (De: Chafin y Anderson, 1991.) Reimpreso con el permiso de John Wiley & Sons, Inc.) 107 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual La asíntota crece indeinidamente debido a que los investigadores dejaron de experimentar tempranamente sin alcanzar el punto de fatiga muscular total. Después, los investigadores sugirieron reducir este nivel de fuerza estática aceptable de 15% hasta un nivel por debajo de 10%, quizás hasta 5% (Jonsson, 1978). La cantidad de descanso necesario para recuperarse de un trabajo estático se presentará como un conjunto de holguras de relajación que dependen de la fuerza ejercida y el tiempo de levantamiento (vea el capítulo 11). UTILICE CICLOS DE TRABAJO/DESCANSO BREVES, FRECUENTES E INTERMITENTES Ya sea que se lleven a cabo contracciones estáticas repetidas (como, por ejemplo, sostener una carga con el codo lexionado) o una serie de elementos de trabajo dinámicos (como por ejemplo, girar manivelas con los brazos y las piernas), el trabajo y la recuperación deben distribuirse en ciclos frecuentes y cortos. Esto se debe principalmente a un rápido periodo inicial de recuperación, el cual tiende a estabilizarse al aumentar el tiempo. Por lo tanto, la mayor parte del beneicio se gana en un periodo relativamente corto. Se puede mantener un porcentaje mucho más elevado de máxima fortaleza si se ejerce la fuerza como una serie de contracciones repetitivas en lugar de una sola contracción estática sostenida (vea la igura 4.9). Sin embargo, si la persona es llevada hacia una fatiga muscular completa (de todo el cuerpo), la recuperación total tomará una gran cantidad de tiempo, quizá varias horas. DISEÑE LAS TAREAS DE TAL FORMA QUE LA MAYORÍA DE LOS TRABAJADORES PUEDAN REALIZARLAS Como puede observarse en la igura 4.6, cada grupo muscular tiene un rango de resistencia considerable en la población adulta normal saludable, a la vez que la más resistente es de cinco a ocho veces más fuerte que la más débil. La existencia de estos rangos tan amplios se debe a factores individuales que afectan el desempeño de la resistencia: género, edad, si la persona es diestra o zurda y el entrenamiento/estado físico. El género constituye la variación más notable en cuanto a fuerza muscular, dado que una mujer promedio tiene de 35 a 85% de la fuerza del hombre promedio, con un efecto promedio de 66% (vea la igura 4.10). La diferencia es mayor en el caso de la fuerza en las extremidades superiores y es menor en el de las extremidades inferiores. Sin embargo, este efecto se debe principalmente al tamaño corporal promedio (es decir, a la masa muscular total) y no de manera estricta al género; la mujer promedio es considerablemente más pequeña y ligera que el hombre promedio. Además, debido a la amplia distribución de una fuerza muscular dada, hay muchas mujeres que son más fuertes que muchos hombres. En términos de edad, la fuerza muscular parece tener un pico a la edad de los veinte años y, después, disminuye linealmente de 20 a 25% a la edad de los sesenta (vea la igura 4.10). Esta disminución de la fuerza se debe a la reducción de la masa muscular y a la pérdida de ibras musculares. 90 85 Figura 4.9 Porcentaje de esfuerzo isométrico máximo que puede mantenerse en un estado estable durante contracciones rítmicas. Los puntos representan promedios de la combinación de los músculos de los dedos, de las manos, de los brazos y de las piernas. Las líneas verticales representan ± error estándar. (De: Åstrand y Rodahl, 1986.) Porcentaje de esfuerzo máximo 108 80 75 70 65 60 0 5 10 15 20 Contracciones/minuto 25 30 4.2 Principios de diseño del trabajo 109 Porcentaje de variación del esfuerzo muscular 100 80 60 40 20 0 0 10 20 30 40 Edad en años 50 60 70 Figura 4.10 Cambios del esfuerzo isométrico máximo debidos a la edad en las mujeres y en los hombres. (De: Åstrand y Rodahl, 1986.) Sin embargo, todavía no se sabe con certeza si esta pérdida se deba a cambios isiológicos propios de la edad o sólo a una reducción gradual de los niveles de actividad. Se ha demostrado de manera contundente que siguiendo un programa de entrenamiento para aumentar la fuerza muscular, una persona puede aumentar su fortaleza 30% en las primeras semanas, y llegar a un incremento máximo de hasta 100% (Åstrand y Rodahl, 1986). En términos del uso de la mano derecha o izquierda, la mano no dominante típicamente produce alrededor de 90% de la fuerza de sujeción o agarre de la mano dominante, efecto menos pronunciado en los zurdos, probablemente debido a que han sido de alguna manera forzados a adaptarse a un mundo de diestros (Miller y Freivalds, 1987). De cualquier forma, es mejor diseñar herramientas y máquinas de tal forma que puedan ser utilizadas tanto por los diestros como por los zurdos con el in de evitar una situación en la que algún individuo se encuentre en desventaja. UTILICE POCA FUERZA PARA REALIZAR MOVIMIENTOS PRECISOS O UN CONTROL FINO DE LOS MOVIMIENTOS Las contracciones musculares se inician debido a la inervación neural del cerebro y la médula espinal, los cuales forman en conjunto el sistema nervioso central. Una neurona motora típica o célula nerviosa que se dirija hacia el músculo proveniente del sistema nervioso central puede inervar o tener conexiones con varios cientos de ibras musculares. El cociente de innervación del número de ibras por neurona varía de menos de 10 en los músculos pequeños del ojo hasta más de 1 000 de los grandes músculos de la pantorrilla y pueden variar de manera signiicativa aun dentro del mismo músculo. Dicho arreglo funcional se conoce con el nombre de unidad motora y tiene implicaciones importantes en el control de los movimientos. Una vez que se ha estimulado una neurona, el potencial eléctrico se transiere de manera simultánea a todas las ibras musculares inervadas por ella y la unidad motora actúa como una unidad de control contráctil o motora. Asimismo, el sistema nervioso central tiende a admitir dichas unidades motoras de manera selectiva aumentando su tamaño a medida que sean necesarias fuerzas musculares mayores (igura 4.11). Las unidades motoras inicialmente admitidas son de tamaño pequeño con sólo unas pocas ibras musculares y bajas fuerzas producidas. Sin embargo, como éstas son pequeñas y de baja tensión, el cambio de la producción de fuerzas de una a dos o más unidades motoras admitidas es muy gradual y se puede generar una precisión muy ina en el control de movimientos. En las últimas etapas de la admisión de movimiento, la fuerza muscular total es elevada y cada unidad motora adicional admitida signiica un gran incremento de la fuerza, con muy poca sensibilidad en términos de precisión o control. A esta propiedad muscular a menudo se le conoce como el principio del tamaño. La actividad eléctrica de los músculos, llamada electromiogramas (EMG), es una medida de gran utilidad de la actividad muscular local. Dicha actividad se mide mediante electrodos de grabación que se colocan en la supericie de la piel sobre los músculos de interés, y después se modiican y se procesan la amplitud y frecuencia de la señal. En el análisis de la amplitud, normalmente la señal se rectiica y se aplana (con un circuito resistencia-capacitancia). El resultado mantiene una relación 110 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual Fuerza [Porcentaje máximo] 100 Figura 4.11 Agrupación de músculos que demuestran el principio del tamaño. 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 25 50 75 100 Unidades motoras agrupadas [Porcentaje del máximo] razonablemente lineal con la fuerza muscular ejercida (Bouisset, 1973). El enfoque de la frecuencia involucra la digitalización de la señal y la realización del análisis de la transformada rápida de Fourier con el in de obtener el espectro de la frecuencia. A medida que el músculo comienza a fatigarse, la actividad muscular se desplaza de altas frecuencias (>60 Hz) a bajas frecuencias (<60 Hz)(Chafin, 1969). También, la amplitud del EMG tiende a aumentar con la fatiga en un determinado nivel de fuerza ejercida. NO INTENTE REALIZAR MOVIMIENTOS PRECISOS O CONTROL FINO INMEDIATAMENTE DESPUÉS DE REALIZAR TRABAJO PESADO Éste es el corolario del principio anterior de las capacidades humanas. Las pequeñas unidades motoras tienden a utilizarse continuamente durante los movimientos normales y, a pesar de que son más resistentes a la fatiga que las unidades motoras grandes, pueden experimentar fatiga. Un ejemplo típico donde este principio se viola se presenta cuando los operarios cargan sus estaciones de trabajo antes de su turno o se surten de partes durante un turno. Levantar contenedores con cargas pesadas requiere la admisión de unidades motoras pequeñas, así como de unidades motoras más grandes con el in de generar las fuerzas musculares necesarias. Durante el levantamiento y reaprovisionamiento, algunas de las unidades motoras se fatigarán mientras que se admitirán otras para compensar las fatigadas. Una vez que el operario ha reabastecido los depósitos y regresado al trabajo de ensamble más preciso, algunas de las unidades motoras, incluyendo las de menor precisión, no estarán disponibles para su uso. Las unidades motoras más grandes admitidas para reemplazar las fatigadas proporcionarán incrementos más grandes de fuerza y un control menos preciso de los movimientos. Después de varios minutos, las unidades motoras se habrán recuperado y estarán disponibles, pero, en lo que esto sucede, la calidad y velocidad del trabajo de ensamble se verán afectadas. Una solución podría ser contratar trabajadores con menos experiencia para reabastecer los contenedores de manera regular. USO DE MOVIMIENTOS BALÍSTICOS PARA ADQUIRIR VELOCIDAD Durante los relejos de la espina, siempre se presenta la innervación cruzada de agonista y antagonista. Esto minimiza cualquier conlicto innecesario entre los músculos así como el consecuente gasto de un exceso de energía. Por lo general, en un movimiento corto (menor a 200 milisegundos), torpe y voluntario, el agonista es activado y el antagonista es inhibido (proceso que se llama inhibición recíproca), con el in de reducir contracciones musculares contraproducentes. Por otro lado, para movimientos precisos se utiliza el control de la retroalimentación de ambos conjuntos de músculos, lo cual incrementa el tiempo de los movimientos. Con frecuencia esto se conoce con el nombre de concesión velocidad-precisión. 4.2 Principios de diseño del trabajo COMIENCE Y TERMINE LOS MOVIMIENTOS CON AMBAS MANOS SIMULTÁNEAMENTE Cuando la mano derecha trabaja en el área normal del lado derecho del cuerpo y la mano izquierda lo hace en el área normal a la izquierda del cuerpo, la sensación de equilibrio tiende a inducir un ritmo en el desempeño del operario, el cual da como resultado un nivel de productividad óptimo. La mano izquierda, en la gente diestra, puede ser tan eiciente como la derecha y debe utilizarse. Un boxeador diestro aprende a golpear de una manera tan eiciente con la mano izquierda como con la derecha. Una mecanógrafa veloz es tan buena para utilizar una mano como la otra. En un gran número de casos, se pueden diseñar las estaciones para hacer “dos a la vez”. Mediante el uso de accesorios dobles para sujetar dos componentes, ambas manos puede trabajar al mismo tiempo, haciendo movimientos simétricos en direcciones opuestas. Un corolario de este principio es que ambas manos no deben estar ociosas simultáneamente, excepto durante periodos de descanso. (Este principio fue el que siguió Frank Gilbreth al rasurarse con ambas manos de manera simultánea.) MUEVA LAS MANOS SIMÉTRICAMENTE Y DE FORMA SIMULTÁNEA HACIA Y DESDE EL CENTRO DEL CUERPO Es natural que las manos se muevan en patrones simétricos. Cualquier desviación respecto a la simetría en una estación de trabajo para dos manos da como resultado movimientos torpes por parte del operario. La diicultad de palmearse el estómago con la mano izquierda mientras se toca la parte superior de la cabeza con la mano derecha es algo muy familiar para muchas personas. Otro experimento que puede ilustrar fácilmente la diicultad que representa realizar operaciones no simétricas consiste en tratar de dibujar un círculo con la mano izquierda mientras se intenta dibujar un cuadrado con la derecha. La igura 4.12 muestra una estación de trabajo ideal que permite al operario ensamblar un producto de acuerdo con una serie de movimientos simétricos simultáneos hacia afuera y hacia el centro del cuerpo. UTILICE LOS RITMOS NATURALES DEL CUERPO Los relejos de la espina dorsal que excitan o inhiben los músculos también conducen a ritmos naturales en el movimiento de los segmentos del cuerpo. Éstos pueden compararse de manera lógica con los sistemas de segundo orden masa-resorte-carga, donde los segmentos del cuerpo representan la masa y el músculo resistencia interna y amortiguamiento. La frecuencia natural del sistema dependerá de los tres parámetros, pero la masa del segmento tendrá el efecto mayor. Esta frecuencia natural es fundamental para el desempeño eicaz y automático de una tarea. Drillis (1963) ha estudiado una gran variedad de tareas manuales comunes y ha sugerido ritmos óptimos de trabajo de la manera siguiente: Figura 4.12 Estación de trabajo ideal que permite al operario ensamblar un producto a través de una serie de movimientos simétricos realizados de manera simultánea hacia afuera y hacia el centro del cuerpo. 111 112 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual Limado de metales 60-78 golpes por minuto Tallado 60 golpes por minuto Giro de un brazo 35 rpm Giro de una pierna 60-72 rpm Paleado 14-17 lanzamientos por minuto USO DE MOVIMIENTOS CURVOS CONTINUOS Debido a la naturaleza de los enlaces de los segmentos del cuerpo (los cuales típicamente se aproximan a las articulaciones), es más fácil que el ser humano produzca movimientos curvos, esto es, que gire alrededor de una articulación. Los movimientos en línea recta que involucran cambios repentinos y agudos de dirección requieren de más tiempo y son menos precisos. Esta ley puede demostrarse fácilmente si se mueve cualquiera de las manos siguiendo un patrón rectangular y después moviendo la misma mano, ahora con un patrón circular de aproximadamente la misma magnitud. Es muy evidente la gran cantidad de tiempo que se requiere para realizar los cambios repentinos de dirección de 90°. Para realizar un cambio de dirección, la manos deben desacelerarse, cambiar de dirección y acelerarse hasta que sea el momento de desacelerar de nuevo para hacer el siguiente cambio de dirección. Los movimientos curvos continuos no requieren desaceleración y, en consecuencia, se llevan a cabo más rápido por unidad de distancia. Lo anterior se demuestra de una manera muy precisa en la igura 4.13, con sujetos que realizan movimientos posicionales con la mano derecha en ocho direcciones en un plano horizontal a partir de un punto de comienzo central. El movimiento de la izquierda inferior a la derecha superior (giro alrededor del codo) requirió 20% menos de tiempo que el movimiento perpendicular desde la derecha inferior hasta la izquierda superior (movimientos adicionales no normales lineales de los brazos y hombros). USO DE LA CLASIFICACIÓN PRÁCTICA MÁS BAJA DE MOVIMIENTOS El conocimiento de la clasiicación de los movimientos juega un papel importante en el uso apropiado de esta ley fundamental de la economía de movimientos en los estudios de métodos. La clasiicación es la siguiente: 1. Los movimientos de los dedos se llevan a cabo moviendo el o los dedos mientras que el resto del brazo se mantiene inmóvil. Éstos son movimientos de primera clase y los más rápidos de las cinco clases de movimientos. Los movimientos típicos de los dedos son enroscar una tuerca, golpear las teclas de una máquina de escribir o tomar una pieza pequeña. Por lo general 90˚ 145˚ 55˚ 135˚ 180˚ Los círculos concéntricos representan intervalos idénticos. 45˚ 0˚ Figura 4.13 El movimiento del antebrazo es mejor cuando éste gira alrededor del codo. (Fuente: Adaptado de Schmidtke y Stier 1960). 4.2 2. 3. 4. 5. Principios de diseño del trabajo existe una diferencia muy signiicativa en el tiempo que se requiere para llevar a cabo movimientos con los dedos, de los cuales el índice es el más rápido. Debido a que los movimientos repetitivos de los dedos pueden traer como consecuencia desórdenes de trauma acumulativo (vea el capítulo 5), las fuerzas de éstos deben mantenerse en un nivel bajo mediante el uso de interruptores de barra en lugar de interruptores de disparo. Los movimientos de dedos y muñecas se llevan a cabo mientras el antebrazo y el brazo superior se mantienen estacionarios y se conocen con el nombre de movimientos de segunda clase. En la mayoría de los casos, los movimientos de dedos y muñecas consumen más tiempo que, estrictamente, los movimientos de dedos. Los movimientos típicos de dedos y muñecas ocurren cuando se coloca una parte en una base o soporte o cuando se ensamblan dos partes que embonan. Los movimientos de dedos, muñecas o del brazo inferior, que se conocen comúnmente como movimientos del antebrazo o movimientos de tercera clase, incluyen aquellos movimientos realizados por el brazo debajo del codo mientras que el brazo superior permanece estacionario. Como el antebrazo está formado por músculos relativamente fuertes y que no se fatigan, las estaciones de trabajo deberían estar diseñadas para hacer uso de estos movimientos de tercera clase en lugar de movimientos de cuarta clase. Sin embargo, el trabajo repetitivo que involucra fuerza con los brazos extendidos pueden provocar lesiones, por lo que la estación de trabajo deberá estar diseñada de tal manera que los codos puedan mantenerse a 90° mientras se realiza el trabajo. Los movimientos de dedos, muñecas, antebrazos y brazos superiores, que comúnmente se conocen con el nombre de movimientos de hombros o de cuarta clase, requieren considerablemente más tiempo para una distancia determinada que las tres clases descritas con anterioridad. Los movimientos de cuarta clase se utilizan para realizar movimientos de transporte de partes que no se pueden alcanzar con sólo estirar el brazo. Con el in de reducir la carga estática de los movimientos de los hombros, las herramientas deben diseñarse de tal manera que el codo no tenga que elevarse mientras se lleva a cabo el trabajo. En los movimientos de quinta clase se incluyen movimientos corporales tales como del tronco, los cuales son los que consumen una mayor cantidad de tiempo y que, en general, deben evitarse. Los movimientos de primera clase requieren la menor cantidad de esfuerzo y tiempo, mientras que los de quinta clase se consideran los menos eicientes. Por lo tanto, en la práctica utilice siempre la clasiicación de movimientos más baja posible para realizar el trabajo de manera adecuada. Lo anterior involucrará una consideración muy cuidadosa de la ubicación de las herramientas y materiales, de tal manera que se puedan diseñar los patrones de movimiento ideales. Esta clasiicación del movimiento fue demostrada de manera experimental por Langolf et al. (1976), mediante una serie de movimientos posicionales hacia y desde objetivos, conocidos como tarea de ramiicación de Fitts (Fitts, 1954), tema que se estudia con mayor detalle en el capítulo 7. El tiempo del movimiento aumenta en función de la diicultad de la tarea (vea la igura 4.14), pero también aumenta a mayores niveles de clasiicación; esto es, la pendiente del brazo (105 ms) es más abrupta que la de la muñeca (45 ms), la cual a su vez es más abrupta que la del dedo (26 ms). El efecto se debe simplemente al tiempo adicional que se requiere para que el sistema nervioso central procese articulaciones adicionales, unidades motoras y receptores. TRABAJO CON AMBAS MANOS Y PIES DE MANERA SIMULTÁNEA En razón de que la mayoría de los ciclos de trabajo se lleva a cabo con las manos, resulta económico liberarlas del trabajo que puede llevarse a cabo con los pies, pero sólo si este trabajo se realiza mientras las manos están ocupadas. Puesto que las manos son más hábiles que los pies, sería un poco tonto dejar que éstos ejecuten tareas mientras las manos estuvieran ociosas. Los dispositivos de pedal que permiten la sujeción, sacado de partes o alimentación a menudo pueden arreglarse para liberar las manos para otro trabajo más útil y, en consecuencia, reducir el tiempo del ciclo (vea la igura 4.15). Cuando las manos están en movimiento los pies no deben moverse, puesto que los movimientos simultáneos de las manos y pies son difíciles. Sin embargo, los pies pueden estar aplicando presión a algo, como, por ejemplo, a un pedal. Asimismo, el operario debe estar sentado, 113 114 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual Duración de los movimientos (mseg) 800 ⫽ Brazo ⫽ Muñeca ⫽ Dedo 600 400 200 0 0 Figura 4.14 2 4 6 Log2 (2D/W) (Dificultad de la tarea) 8 Clasificaciones de los movimientos. (Fuente: Datos de Langolf et al., 1976. Reproducido con permiso de McGraw-Hill Companies.) Figura 4.15 Máquina herramienta operada con los pies. (Cortesía de Okuma.) ya que es difícil operar un pedal mientras se está parado, lo cual signiica mantener el peso de todo el cuerpo con el otro pie. MINIMICE LA FIJACIÓN DE LA VISTA Aunque las ijaciones y movimientos de los ojos no pueden eliminarse en la mayoría de los trabajos, la ubicación de los objetivos visuales principales debe optimizarse respecto al operario. La línea de vista normal es de alrededor de 15° por debajo de la horizontal (vea la igura 5.5) y el campo visual principal se deine, grosso modo, como un cono con un arco de ±15° centrado en la línea de vista. Ello implica que, dentro de esta área no son necesarios los movimientos de la cabeza y se minimiza la fatiga de los ojos. RESUMEN Los principios de las capacidades humanas y la economía de movimientos se basan en una comprensión elemental de la psicología humana y deben ser de gran utilidad en la aplicación del análisis de métodos con el operario en mente. Sin embargo, el analista no necesita ser un experto en anatomía y psicología humanas para poder aplicar estos principios. En realidad, para propósitos de la mayoría de las tareas, es suiciente utilizar la Lista de veriicación de la economía de movimientos, la cual resume la mayoría de estos principios en un formato tipo cuestionario (vea la igura 4.16). 4.3 ESTUDIO DE LOS MOVIMIENTOS El estudio de los movimientos implica el análisis cuidadoso de los movimientos corporales que se emplean para realizar una tarea. Su propósito es eliminar o reducir movimientos ineicientes y facilitar y acelerar los movimientos eicientes. A través del estudio de los movimientos en conjunto con los principios de la economía de movimientos, el trabajo puede rediseñarse para que incremente su eicacia y genere un elevado índice de producción. Los Gilbreth fueron pioneros en el estudio de los movimientos manuales y desarrollaron leyes básicas de la economía de movimientos que aún se consideran fundamentales. Ellos también fueron responsables del desarrollo de los estudios detallados de la fotografía en movimiento, conocidos como estudios de micromoción, los cuales han demostrado ser invaluables para estudiar las operaciones manuales altamente repetitivas. El estudio de los movimientos, en un sentido amplio, abarca ambos estudios que se llevan a cabo como un simple 4.3 115 Estudio de los movimientos Suboperaciones 1. ¿Puede eliminarse una suboperación? a) ¿como innecesaria? b) ¿Mediante un cambio en la orden de trabajo? c) ¿Mediante un cambio en la herramienta o el equipo? d ) ¿Mediante un cambio en la distribución del lugar de trabajo? e) ¿Mediante la combinación de herramientas? f ) ¿Mediante un ligero cambio de material? g) ¿Mediante un ligero cambio en el producto? h) ¿Mediante un sujetador de acción rápida en los soportes o guías? 2. ¿Puede hacerse más fácilmente una suboperación? a) ¿Mediante el uso de mejores herramientas? b) ¿Mediante la modificación de la distribución del trabajo? c) ¿Mediante el cambio de las posiciones de los controles o herramientas? d ) ¿Mediante el uso de mejores contenedores de material? e) ¿Mediante el uso de la inercia cuando sea posible? f ) ¿Haciendo menos estrictos los requisitos de visibilidad? g) ¿Mediante mejores alturas del lugar de trabajo? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Movimientos 1. ¿Puede eliminarse un movimiento? a) ¿Como innecesario? b) ¿Mediante un cambio en la orden de trabajo? c) ¿Mediante la combinación de herramientas? d ) ¿Mediante un cambio en las herramientas o en el equipo? e) ¿Mediante la eliminación del depósito de material terminado? 2. ¿Puede hacerse el movimiento más fácil? a) ¿Mediante un cambio en la distribución, acortando distancias? b) ¿Mediante el cambio de la dirección de los movimientos? c) ¿Mediante el uso de diferentes músculos? Uso del primer grupo de músculos que sea lo suficientemente fuerte para la tarea: 1. ¿Dedo? 2. ¿Muñeca? 3. ¿Antebrazo? 4. ¿Brazo superior? 5. ¿Tronco? d ) ¿Mediante movimientos continuos en lugar de movimientos bruscos? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Paros 1. ¿Puede eliminarse el sostener? (Sostener es extremadamente fatigoso) a) ¿Como innecesario? b) ¿Mediante un dispositivo simple de sujeción o soporte? 2. ¿Puede hacerse más fácil el sostener? a) ¿Mediante el acortamiento de su duración? b) ¿Utilizando grupos de músculos más fuertes, tales como las piernas con dispositivos operados con los pies? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Retrasos 1. ¿Puede eliminarse o acortarse un retraso? a) ¿Como innecesario? b) ¿Mediante un cambio en el trabajo que cada miembro realiza? c) ¿Equilibrando trabajo entre los miembros del cuerpo? d ) ¿Trabajando de manera simultánea en dos artículos? e) ¿Alternando el trabajo, con cada una de las manos haciendo el mismo trabajo pero fuera de fase? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Ciclos 1. ¿Puede configurarse el ciclo para que se realice más trabajo manual durante el tiempo de operación? a) ¿Mediante la alimentación automática? b) ¿Mediante el suministro automático de material? c) ¿Mediante un cambio en la relación de fase del hombre y la máquina? d ) ¿Mediante el corte automático de alimentación al término del corte o en caso de una falla de la herramienta o el material? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Tiempo máquina 1. ¿Puede reducirse el tiempo de máquina? a) ¿Mediante el uso de mejores herramientas? b) ¿Mediante el uso de herramientas combinadas? c) ¿Mediante el uso de alimentación y velocidades más rápidas? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ Figura 4.16 Lista de verificación de la economía de movimientos. 116 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual análisis visual y estudios que utilizan equipo más costoso. Tradicionalmente se utilizaron cámaras de película de imágenes en movimiento, pero en la actualidad se emplea de manera exclusiva videocámaras, debido a la facilidad que poseen de regresar y volver a reproducir secciones, la capacidad de congelar una imagen en grabadoras de casete de videocinta de cuatro cabezas (VCR) y la eliminación de la necesidad del revelado de la película. En vista de su costo signiicativamente más elevado, la micromoción por lo general se emplea sólo para estudiar tareas extremadamente más activas con un alto grado de repetitividad. Los dos tipos de estudios pueden compararse de la siguiente manera: observe una pieza bajo una lupa y luego obsérvela bajo el microscopio. El detalle adicional que revela el microscopio es necesario sólo en el caso de las tareas más productivas. De manera tradicional, los estudios de micromoción se grababan en un diagrama de movimiento simultáneo (simo), mientras que los estudios de movimiento se registraban en un diagrama de procesos de bimanual. En realidad, un diagrama simo se utiliza rara vez en la actualidad, pero el término a veces se aplica al diagrama de procesos de bimanual. MOVIMIENTOS BÁSICOS Como parte del análisis de movimientos, los Gilbreth concluyeron que todo trabajo, ya sea productivo o no, se realiza mediante el uso de combinaciones de 17 movimientos básicos a los que ellos llamaron therbligs (Gilbreth pronunciado al revés). Los therbligs pueden ser eicientes o ineicientes. Los primeros directamente estimulan el progreso del trabajo y con frecuencia pueden ser acortados, pero por lo general no pueden eliminarse por completo. Los therbligs ineicientes no representan un avance en el progreso del trabajo y deben eliminarse aplicando los principios de la economía de movimientos. Los 17 therbligs, junto con sus símbolos y deiniciones, se muestran en la tabla 4.5. DIAGRAMA DE PROCESOS DE BIMANUAL El diagrama de procesos de bimanual, a veces conocido como diagrama de procesos del operario, es una herramienta para el estudio del movimiento. Este diagrama muestra todos los movimientos y retrasos atribuibles a las manos derecha e izquierda y las relaciones que existen entre ellos. El propósito del diagrama de procesos de bimanual es identiicar los patrones de movimiento ineicientes y observar las violaciones a los principios de la economía de movimientos. Este diagrama facilita la modiicación de un método, de tal manera que se pueda lograr una operación equilibrada de las dos manos así como un ciclo parejo más rítmico que mantenga los retrasos y la fatiga del operario a niveles mínimos. Como de costumbre, el analista le pone el título Diagrama de procesos de dos manos y le añade toda la información de identiicación necesaria, entre ella el número de parte, el número de diagrama, la descripción de la operación o proceso, el método actual o propuesto, la fecha y el nombre de la persona que hizo el diagrama. Inmediatamente debajo de la información de identiicación, el analista bosqueja la estación de trabajo dibujada a escala. El bosquejo materialmente ayuda a presentar el método en estudio. La igura 4.17 muestra un típico diagrama de procesos de bimanual de un ensamblado sujetado por cable, con los tiempos de cada therblig obtenidos a partir de un cronómetro. En seguida, el analista comienza a construir el diagrama de procesos de bimanual mediante la observación de la duración de cada elemento, luego de lo cual determina la cantidad de tiempo que va a representarse en el diagrama dibujado a escala. Por ejemplo, en la igura 4.17, el primer elemento, “Obtenga el perno-U”, tiene un tiempo de 1.00 minutos y se marca un espacio largo o cinco espacios pequeños verticales. Bajo la columna “Símbolos” está escrito RE (alcanzar), que indica que se ha llevado a cabo un movimiento eiciente. Observe también que está involucrada una sujeción (G), la cual no se mide de manera independiente, puesto que no es posible en la mayoría de los casos medir el tiempo de los therbligs de manera individual. En seguida, el analista diagrama “Colocar el perno U” y continúa con la mano izquierda. En general, es menos confuso diagramar completamente las actividades de una mano antes de estudiar la otra. Después de que se han diagramado las actividades de ambas manos, el analista genera un resumen en la parte inferior de la hoja, en el cual indica el tiempo del ciclo, las piezas por ciclo y el tiempo por pieza. Una vez que se ha elaborado el diagrama de procesos de bimanual de un método 4.3 Tabla 4.5 Estudio de los movimientos Therbligs de los Gilbreth Therbligs eficientes (Avanza el progreso del trabajo directamente. Puede reducirse, pero es difícil eliminarlo completamente). Therblig Símbolo Descripción Alcanzar RE Mover M Sujetar o tomar G Liberar RL Preposicionar PP Utilizar U Ensamblar A Desensamblar DA “Mover” la mano vacía hacia o desde el objeto; el tiempo depende de la distancia recorrida; por lo general es precedido por “Liberar” y seguido por “Sujetar”. “Mover” la mano cargada; el tiempo depende de la distancia, el peso y el tipo de movimiento; por lo general es precedido por “Sujetar” y seguido por “Liberar” o “Posicionar”. “Cerrar” los dedos alrededor de un objeto; comienza a medida que los dedos tocan el objeto y termina cuando se ha ganado el control; depende del tipo de sujeción; por lo general, es precedido por “Alcanzar” y seguido por “Mover”. “Soltar” el control de un objeto, típicamente el más corto de los therbligs. “Posicionar” un objeto en una ubicación predeterminada para su uso posterior; por lo general ocurre en conjunto con “Mover”, como cuando se orienta una pluma para escribir. “Manipular” una herramienta para el uso para el que fue diseñada; fácilmente detectable, a medida que avanza el progreso del trabajo. “Unir” dos partes que embonan; por lo general es precedido por “Posicionar” o “Mover” y seguido por “Liberar”. Es lo opuesto a “Ensamblar”, pues separa partes que embonan; por lo general es precedido por “Sujetar” y seguido por “Liberar”. Therbligs ineficientes (No avanza el progreso del trabajo. Si es posible, debe eliminarse) Therblig Símbolo Descripción Buscar S Seleccionar SE Posicionar P Inspeccionar I Planear PL Retraso inevitable UD Retraso evitable AD Ojos o manos buscan un objeto; comienza a medida que los ojos se mueven para localizar un objeto. “Seleccionar” un artículo de varios; por lo general es seguido por “Buscar”. “Orientar” un objeto durante el trabajo, por lo general precedido por “Mover” y seguido por “Liberar” (en oposición a durante en Preposicionar). “Comparar” un objeto con el estándar, típicamente a la vista, pero podría ser también con los demás sentidos. “Pausar” para determinar la acción siguiente; por lo general se lo detecta como un titubeo que precede a “Mover”. Más allá del control del operario debido a la naturaleza de la operación, por ejemplo, la mano izquierda espera mientras la derecha termina una búsqueda prolongada. El operario es el único responsable del tiempo ocioso, por ejemplo, toser. Aparece periódicamente, no en cada ciclo; depende de la carga de trabajo física. Una mano soporta el objeto mientras la otra realiza trabajo útil. Descanso para R contrarrestar la fatiga Parar H 117 118 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual existente, el analista puede determinar qué mejoras puede implantar. A estas alturas se deben aplicar algunos corolarios importantes de los principios de la economía de movimientos: 1. 2. 3. 4. Establecer las mejores secuencias de los therbligs. Investigar cualquier variación sustancial en el tiempo que se requiere para llevar a cabo cierto therblig y determinar la causa. Examinar y analizar los titubeos para determinar y, posteriormente, eliminar sus causas. Como un objetivo a lograr, enfocarse en los ciclos y en sus partes terminadas en la menor cantidad de tiempo. Estudie las desviaciones respecto a estos tiempos mínimos para determinar las causas. En el ejemplo, los “retrasos” y los “paros” son buenos puntos para comenzar. Por ejemplo, en la igura 4.17, la mano izquierda actúa como dispositivo de sujeción en casi todo el ciclo. Esto podría sugerir el desarrollo de un accesorio para ijar el perno en U. Consideraciones adicionales para lograr movimientos balanceados de ambas manos sugieren que cuando el soporte sujete los pernos en U, ambas manos pueden utilizarse de manera simultánea de tal forma que cada una ensamble totalmente un sujetador de cable. Un estudio adicional de este diagrama puede dar como resultado la introducción de un eyector automático y de una rampa de gravedad para eliminar el elemento inal del ciclo “despache el ensamble”. El uso de la Lista de veriicación del análisis de therblig (vea igura 4.18) puede también ser de gran utilidad en este análisis. 4.4 TRABAJO MANUAL Y LINEAMIENTOS DE DISEÑO Aunque la automatización ha reducido drásticamente las demandas de energía humana en el ambiente industrial de nuestros días, la fortaleza muscular aún es la parte esencial de muchas ocupaciones, en particular de aquellas que involucran el manejo manual de materiales (MMH) o el trabajo manual. En dichas actividades, sobrepasarse en el movimiento de cargas pesadas puede estresar en gran medida el sistema músculo-esquelético, y dar como resultado casi un tercio de todas las lesiones que se presentan en el trabajo. Sólo la espalda inferior representa casi un cuarto de todas estas lesiones y una cuarta parte de los costos de compensación anuales de los trabajadores (Consejo de Seguridad Nacional, 2003). Las lesiones en la espalda van especialmente en detrimento de las personas debido a que a menudo dan como resultado lesiones permanentes, lo que signiica malestar y limitaciones del empleado así como un gasto signiicativo para la compañía (un caso promedio que involucre cirugía puede exceder los 60 000 dólares en costos directos). LINEAMIENTOS PARA EL GASTO DE ENERGÍA Y PARA LA CARGA DE TRABAJO El proceso de contracción muscular requiere de energía. La molécula llamada ATP (adenosín-trifosfato) representa la fuente inmediata de energía, la cual interactúa físicamente con el puente de cruce de la proteína a medida que se rompe uno de los enlaces de fosfato de alta energía del ATP. Esta fuente es muy limitada pues dura sólo varios segundos y el ATP debe reabastecerse de inmediato de otra molécula llamada CP (fosfato de creatina). La fuente de CP también es limitada con menos de 1 minuto de duración (vea la igura 4.19) y debe ser regenerada a partir del metabolismo de los alimentos básicos que comemos: carbohidratos, grasas y proteínas. Este metabolismo puede ocurrir de dos modos diferentes: aeróbica, que requiere de oxígeno y anaeróbica, que no utiliza oxígeno. El metabolismo aeróbico, mucho más eiciente, genera 38 ATP por cada molécula de glucosa (unidad básica de los carbohidratos), pero es relativamente lento. El metabolismo anaeróbico es muy ineiciente, pues produce sólo 2 ATP por cada molécula de glucosa, pero es mucho más rápido. Asimismo, la molécula de glucosa se fragmenta de manera parcial en dos moléculas de lactasa, las cuales en el ambiente acuoso del cuerpo humano forman ácido láctico, el cual está asociado directamente con la fatiga. Por lo tanto, durante los primeros minutos de trabajo pesado, las fuentes de energía del ATP y del CP se agotan muy rápidamente, por lo cual debe utilizarse el metabolismo anaeróbico para re- 4.4 119 Trabajo manual y lineamientos de diseño Diagrama de procesos bimanual Página 1 de 1 Operación: Ensamble de sujetadores de cable Parte: SK-112 Nombre y número del operario: J.B. #1157 Analista: G. Thuering Fecha: 6-11-98 Método (ponga un círculo en su elección) Presente Pospuesto Bosquejo: Perno U Mano izquierda Mano derecha 2.7 11.6 Tiempo del ciclo =14.30 seg. Tiempo no efectivo: 11.6 2.7 Sujetador Nota: Rampa de alimentación por gravedad de las partes ensambladas 14 14" " Unidades ensambladas Tuercas Resumen Tiempo efectivo: Hombre Descripción de la mano izquierda Símbolo Tiempo Tiempo Símbolo Descripción de la mano derecha Tome el perno en U (10") RE G 1.00 1.00 RE G Tome el sujetador del cable (10") Coloque el perno en U (10") M P 1.20 1.20 M P Coloque el sujetador del cable (10") RL 1.00 RE G Tome la primera tuerca (9") 1.20 M P Coloque la primera tuerca (9") 3.40 U Localice la primera tuerca RL Sostenga el perno en U H 11.00 1.00 RE G Tome la segunda tuerca (9") 1.20 M P Coloque la segunda tuerca (9") 3.40 U Localice la segunda tuerca RL Coloque el ensamble M RL 1.10 0.90 UD Espere generar los almacenes de ATP. De un momento a otro, a medida que el trabajador alcanza el estado estable, el metabolismo aeróbico se iguala y mantiene la salida de energía, a medida que el metabolismo anaeróbico disminuye. Mediante el calentamiento y el comienzo lento del trabajo pesado, el trabajador puede minimizar la cantidad de metabolismo anaeróbico y la formación concurrente de ácido láctico asociado con la sensación de fatiga. A este retraso del metabolismo aeróbico completo se le conoce como déicit de oxígeno, el cual inalmente debe ser compensado por la deuda de oxígeno de un periodo de enfriamiento, el cual siempre es mayor que el déicit de oxígeno. La energía que se gasta en una tarea puede calcularse si se supone que la mayoría de la energía se produce a través del metabolismo aeróbico y se mide la cantidad de oxígeno consumido por el trabajador. La cantidad de aire inspirado se mide con la ayuda de un medidor de lujo y se asume Figura 4.17 Diagrama de procesos bimanual del ensamble de sujetadores de cable. 120 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual Alcanzar y mover 1. ¿Puede eliminarse cualquiera de estos therbligs? 2. ¿Pueden acortarse las distancias para lograr ventajas? 3. ¿Se utilizan los mejores recursos (bandas transportadoras, tenazas, pinzas)? 4. ¿Se utiliza el miembro corporal correcto (dedos, muñecas, antebrazo, hombros)? 5. ¿Puede utilizarse una rampa por gravedad? 6. ¿Pueden efectuarse los trasportes a través de la mecanización y los dispositivos operados con los pies? 7. ¿Se reducirá el tiempo si se transporta en unidades más grandes? 8. ¿Se incrementa el tiempo debido a la naturaleza del material que se está moviendo o debido a su posicionamiento delicado subsecuente? 9. ¿Pueden eliminarse los cambios abruptos de dirección? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Tomar 1. ¿Sería recomendable que el operario tomara más de una parte u objeto a la vez? 2. ¿Puede utilizarse una toma de contacto en lugar de una toma de levantamiento? 3. En otras palabras, ¿pueden desplazarse los objetos en lugar de cargarse? 4. ¿Podría una ceja al frente de los contenedores simplificar la sujeción de partes pequeñas? 5. ¿Podrían las herramientas o partes preposicionarse para una toma fácil? 6. ¿Podría utilizarse un dispositivo de vacío, magnético o de puntas de hule en los dedos para mejorar? 7. ¿Puede utilizarse una banda transportadora? 8. ¿Se ha diseñado la guía para que los operarios puedan tomar fácilmente la parte cuando se quite? 9. ¿Podría preposicionar el operario anterior la herramienta o el trabajo, simplificando la toma para el siguiente operario? 10. ¿Pueden preposicionarse las herramientas en un sujetador que se balancee o de columpio? 11. ¿Puede ser cubierta la superficie de la mesa de trabajo con una capa de material esponjoso de tal manera que los dedos puedan abarcar más fácilmente las partes pequeñas? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Liberar 1. ¿Puede hacerse la liberación en tránsito? 2. ¿Puede utilizarse un eyector mecánico? 3. ¿Son del tamaño y diseño apropiados los contenedores que conservan la parte después de su liberación? 4. Al final del therblig de liberación, ¿están las manos en la posición más ventajosa para el siguiente therblig? 5. ¿Pueden liberarse múltiples unidades? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Preposición 1. ¿Puede un dispositivo de sujeción en la estación de trabajo mantener las herramientas en las posiciones adecuadas y las asas en la posición vertical correcta? 2. ¿Pueden colgarse las herramientas? 3. ¿Puede utilizarse una guía? 4. ¿Puede utilizarse una alimentación por carrusel? 5. ¿Puede utilizarse un dispositivo para apilar? 6. ¿Puede utilizarse un accesorio giratorio? Sí No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Usar 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ¿Puede utilizarse una guía o accesorio? ¿La actividad justifica el uso de equipo mecanizado o automático? ¿Sería práctico hacer el ensamble en múltiples unidades? ¿Puede utilizarse una herramienta más eficiente? ¿Se pueden utilizar topes? ¿Opera la herramienta a las velocidades y alimentaciones más eficientes? ¿Se debe utilizar una herramienta eléctrica? Figura 4.18 Lista de verificación del análisis de therbligs. que contiene 21% de oxígeno. Sin embargo, no todo este oxígeno es utilizado por el cuerpo; por lo tanto, el oxígeno que se expira también debe medirse. Por lo general, el volumen de aire inspirado y expirado es el mismo, y sólo debe calcularse el porcentaje de oxígeno expirado a través del uso de un medidor de oxígeno. Se incluye un factor de conversión en una dieta típica en la que 4.9 kcal (19.6 Btu) de energía se produce por cada litro de oxígeno que se utiliza en el metabolismo. . E (kcal/min) ⫽ 4.9 * V (0.21 ⫺ EO ) 2 donde E. ⫽ gasto de energía, kcal/minuto V ⫽ volumen de aire inspirado, L/minuto EO ⫽ fracción de oxígeno (O2) de aire expirado (alrededor de 0.17) 2 4.4 121 Trabajo manual y lineamientos de diseño Búsqueda 1. ¿Están los artículos identificados apropiadamente? 2. ¿Podrían quizás utilizarse etiquetas o colores? 3. ¿Pueden utilizarse contenedores transparentes? 4. ¿Una mejor distribución de la estación de trabajo eliminará la búsqueda? 5. ¿Se utiliza la iluminación adecuada? 6. ¿Pueden reposicionarse las herramientas y partes? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Selección 1. ¿Son intercambiables las partes comunes? 2. ¿Pueden estandarizarse las herramientas? 3. ¿Están almacenadas las partes y materiales en el mismo estante? 4. ¿Pueden reposicionarse las partes en un estante o charola? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ Posición 1. ¿Pueden utilizarse dispositivos como una guía, un conducto, un cojinete, un tope, un sujetador, un remache localizador, un hueco, una llave, un piloto o un bisel? 2. ¿Pueden modificarse las tolerancias? 3. ¿Puede el agujero ser perforado o avellanado? 4. ¿Puede utilizarse un machote? 5. ¿Las rebabas incrementan el problema del posicionamiento? 6. ¿Puede el artículo ser puntiagudo para actuar como piloto? Sí No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Inspección 1. ¿Puede eliminarse la inspección o combinarse con otra operación o therblig? 2. ¿Pueden utilizarse múltiples calibradores o pruebas? 3. ¿Se reducirá el tiempo de inspección si se aumenta la iluminación? 4. ¿Están los artículos en inspección a la distancia correcta con respecto a los ojos del operario? 5. ¿Facilitará la inspección un graficador de sombras? 6. ¿Tiene alguna aplicación el ojo eléctrico? 7. ¿Justifica el volumen la inspección electrónica automática? 8. ¿Podría un vidrio de aumento facilitar la inspección de partes pequeñas? 9. ¿Se utiliza el mejor método de inspección? 10. ¿Se han considerado la luz polarizada, los calibradores de machotes, los probadores de sonido, las pruebas de desempeño, etcétera? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Descanso para contrarrestar la fatiga 1. ¿Se utiliza la mejor clasificación del orden de los músculos? 2. ¿Son satisfactorias la temperatura, humedad, ventilación, ruido, luz y otras condiciones de trabajo? 3. ¿Tienen las mesas la altura adecuada? 4. ¿Puede el operario sentarse y pararse alternadamente mientras desarrolla el trabajo? 5. ¿Tiene el operario una silla cómoda con la altura adecuada? 6. ¿Se utilizan medios mecánicos para cargas pesadas? 7. ¿Está consciente el operario de sus necesidades de ingesta promedio de calorías diarias? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Paro 1. ¿Puede utilizarse una guía mecánica como un tope, un remache, un gancho, un estante, un sujetador o el vacío? 2. ¿Puede utilizarse la fricción? 3. ¿Puede utilizarse un soporte magnético? 4. ¿Debe utilizarse un soporte de sujeción gemelo? Sí No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Figura 4.18 (continuación) La energía que se consume en una tarea varía de acuerdo con el tipo de trabajo a realizarse, la postura que se mantiene durante dicho trabajo y el tipo de transporte de carga. Se han recabado datos acerca del gasto de energía en cientos de tipos diferentes de trabajos, los más comunes de los cuales se muestran en la igura 4.20. De manera alterna, se puede calcular el consumo de energía mediante el empleo del modelo de predicción metabólica de Garg (1978). En el caso del manejo manual de materiales, la forma en la que se transporta la carga es un aspecto crítico, con costos de energía más bajos para cargas balanceadas sostenidas en el punto más cercano al centro de gravedad del cuerpo, donde se encuentran los grupos más grandes de músculos. Por ejemplo, una mochila en la espalda soportada por los músculos del tronco es menos demandante que cargar un peso igual en dos maletas, una en cada brazo. A pesar de que la carga está balanceada, esta última situación coloca la carga muy lejos del centro de gravedad y en músculos más pequeños como los de los brazos. La postura también CAPÍTULO 4 Los almacenes de fosfato de alta energía (ATP y CP) proporcionan la mayor parte de la energía durante los primeros segundos de trabajo. La glicólisis anaeróbica suministra cada vez menos cantidad de la energía requerida a medida que la duración del trabajo aumenta y el metabolismo aeróbico se hace cargo. (Fuente: Jones, Moran-Campbell, Edwards y Robertson, 1975.) % 100 2 (700) CP Glicólisis aeróbica 50 1 (350) ATP Glicólisis anaeróbica (formación de ácido láctico) 0 1 2 Tiempo (minutos) 3 Ingesta de O2 litros/min (watts) Figura 4.19 Fuentes de energía durante los primeros minutos de un trabajo moderadamente pesado. Diseño del trabajo manual Suministro de energía 122 4 1.6 2.7 2.2 3.0 4.0 6.8 7.7 115 libras 2.5 mph 4.2 5.0 22 lb 27 mi pie nu s/ to Figura 4.20 Ejemplos de costos energéticos de diferentes tipos de actividad humana. Los costos energéticos se proporcionan en kilocalorías por minuto. (Fuente: Passmore y Dumin, 1955, como lo adaptó y presentó Gordon, 1957). 16 libras 8.0 8.5 34 mi pie nu s/ to 17 libras 9.0 10.2 16.2 juega un papel importante debido al menor gasto de energía en las posturas con algún tipo de apoyo. Por lo tanto, una postura con el tronco inclinado, sin ningún soporte del brazo, consumirá 20% más energía que una postura totalmente vertical. Bink (1962) propuso un límite de 5.33 kcal/min (21.3 Btu/min) para el consumo de energía aceptable en un día de trabajo de 8 horas. Este número corresponde a un tercio del consumo de energía máximo del hombre estadounidense promedio [en el caso de las mujeres, sería de 1/3 × 12 = 4 kcal/min (16 Btu/min)]. Si la carga de trabajo total es demasiado elevada (es decir, excede los límites recomendados), el metabolismo aeróbico podría no ser suiciente para proporcionar todos los requerimientos de energía y el trabajador debería depender de cantidades mayores de metabolismo anaeróbico, lo que le provocaría fatiga y la formación de ácido láctico. Por lo tanto, se debe proporcionar una suiciente recuperación para permitir que el cuerpo se restablezca de la fatiga y recicle el ácido láctico. Una pauta para la asignación de descanso fue desarrollado por Murrell (1965): R ⫽ (W ⫺ 5.33)/(W ⫺ 1.33) donde: R ⫽ tiempo requerido para el descanso, expresado en porcentaje del tiempo total W ⫽ gasto promedio de energía durante el trabajo, kcal/min 4.4 Trabajo manual y lineamientos de diseño 123 El valor de 1.33 kcal/min (5.3 Btu/min) es el consumo de energía durante el descanso. Considere el trabajo estresante que representa palear carbón en una tolva, que implica un gasto de energía de 9.33 kcal/min (37.3 Btu/min). Sustituyendo el valor W = 9.33 en la ecuación se obtiene R = 0.5. Por lo tanto, para proporcionar un tiempo adecuado para recuperarse de la fatiga, el trabajador necesitará permanecer en descanso aproximadamente la mitad del turno de 8 horas, es decir, 4 horas. La forma en la que se asigna el descanso también es importante. No tiene ningún sentido poner a un trabajador a laborar por 4 horas sin descanso a una velocidad de 9.33 kcal/min (37.3 Btu/min), esto es, exponerlo a sufrir de fatiga extrema y después darle un descanso de 4 horas. En general, la duración del ciclo de trabajo es la causa principal de que la fatiga aumente. Cuando se realiza trabajo pesado, el lujo sanguíneo tiende a ocluirse, lo que acelera aún más el uso de trayectorias anaeróbicas. Además, el proceso de recuperación tiende a ser exponencial, y los últimos momentos son los que menores beneicios incrementales proporcionan. Por lo tanto, rachas cortas (de ½ a 1 minuto aproximadamente) de trabajo pesado combinado con periodos cortos de descanso proporcionan un máximo beneicio. Durante periodos de ½ a 1 minuto, las fuentes de energía inmediatas de ATP y CP se agotan, pero pueden reabastecerse de manera muy rápida. Una vez que se acumula ácido láctico durante periodos de trabajo muy prolongados, se hace más difícil removerlo. Las micropausas de 1 a 3 segundos son de mucha utilidad ya que destapan cualquier vaso sanguíneo ocluido, y los descansos activos, durante los cuales el trabajador alterna el uso de sus manos y utiliza otros músculos, sirven para poner a descansar los músculos fatigados. También, es mejor que los trabajadores decidan el momento de tomar descansos cuando sientan la necesidad de ellos (a su ritmo) en contraste con los descansos prescritos (que dependen de la máquina). En resumen, se recomienda categóricamente el uso de ciclos trabajo/descanso cortos y frecuentes. LINEAMENTOS DEL RITMO CARDIACO Desafortunadamente, en un ambiente de trabajo industrial, medir el consumo de oxígeno y calcular el gasto de energía son procesos costosos y tediosos. El equipo cuesta varios miles de dólares e interiere con el desempeño de las labores del trabajador. Una medición indirecta alternativa del gasto de energía es el nivel del ritmo cardiaco. En razón de que el corazón bombea la sangre que transporta oxígeno a los músculos que trabajan, a medida que el gasto de energía que se requiere es mayor, más elevado será el ritmo cardiaco correspondiente (igura 4.21). La instrumentación necesaria para medir el ritmo cardiaco es poco costoso (menos de 100 dólares en el caso de una pantalla visual, hasta varios cientos en el de una interfaz para PC) y relativamente no intrusivo (lo utilizan regularmente los atletas para supervisar su desempeño). Por otro lado, el analista debe ser cuidadoso, ya que la medición del ritmo cardiaco es más adecuada para el trabajo dinámico que exige a los músculos grandes del cuerpo a niveles no muy elevados (40% del máximo) y puede variar considerablemente entre individuos en función de sus niveles de condición física y edad. Además, el ritmo cardiaco puede confundirse con otras fuentes de estrés como el calor, la humedad, los niveles emocionales y el estrés mental. Limitar estas inluencias externas da como resultado un mejor cálculo de la carga física de Ritmo cardiaco (latidos/min) 200 150 100 50 Figura 4.21 0 0 5 10 Consumo de energía (kcal/min) Incremento lineal del ritmo cardiaco 15 con carga de trabajo física, medido como consumo de energía. 124 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual Ritmo de trabajo 8 kcal/min Figura 4.22 Ritmo cardiaco de dos cargas de trabajo diferentes. La velocidad de trabajo de 8 kcal/min exhibe una elevación del ritmo cardiaco. Los dos periodos marcados se utilizan en el criterio de Brouha. Ritmo cardiaco: latidos/min 140 130 120 110 100 90 Ritmo de trabajo 80 4 kcal/min 70 60 Pulso en reposo 0 0 Pulso trabajando 2 Descanso Pulso en recuperación 6 Trabajo 7 8 9 10 min Recuperación trabajo. Sin embargo, si el parámetro que se desea medir es el estrés total del trabajador durante el desempeño de su tarea, puede que esto no sea necesario. Varios investigadores alemanes (citados en Grandjean, 1988) han propuesto una metodología para interpretar el ritmo cardiaco. El ritmo cardiaco promedio durante el trabajo se compara con el ritmo cardiaco de descanso antes del trabajo, a la vez que se propone un valor de 40 latidos/min como un incremento aceptable. Este incremento corresponde a los límites de consumo de energía recomendados. El incremento promedio del ritmo cardiaco por incremento de consumo de energía en el caso del trabajo dinámico (es decir, la pendiente de la igura 4.21) es de 10 latidos/min por 1 kcal/min. Por lo tanto, una carga de trabajo de 5.33 kcal/min (4 kcal/min por arriba del nivel de descanso de 1.33 kcal/min) produce un incremento de 40 latidos/min en el ritmo cardiaco, el cual es el límite para una carga de trabajo aceptable. Este valor es muy cercano al índice de recuperación del ritmo cardiaco que presentó Brouha (1967). El ritmo cardiaco promedio se mide en dos periodos (áreas sombreadas) durante la recuperación posterior a la inalización de las tareas (vea la igura 4.22): 1) entre ½ y 1 minuto después y 2) entre 2 ½ y 3 minutos después. Una recuperación aceptable del ritmo cardiaco (y, por lo tanto, una carga de trabajo aceptable) se presenta si la primera lectura no excede de 110 latidos/minuto y la diferencia entre las dos lecturas es de al menos 20 latidos. Dado un típico ritmo cardiaco en reposo de 72 latidos/minuto, la adición de un incremento aceptable de 40 latidos/minuto nos da un ritmo cardiaco de trabajo de 112 latidos/minuto, el cual está muy cercano al primer criterio de Brouha. Como comentario inal en relación con el ritmo cardiaco, es muy importante observar el comportamiento de éste durante horas de trabajo. Un incremento durante el trabajo en estado estable (vea la curva superior de la igura 4.22), que se llama elevación del ritmo cardiaco, indica una formación incremental de fatiga y una recuperación insuiciente durante las pausas para descanso (Brouha, 1967). Es muy probable que esta fatiga sea consecuencia de la carga de trabajo físico, pero también podría ser el resultado del calor y el estrés mental y de una mayor proporción de trabajo estático en lugar de dinámico. En cualquier caso, la elevación del ritmo cardiaco debe evitarse mediante descansos adicionales. VALORES SUBJETIVOS DE ESFUERZO PERCIBIDO Un método aún más sencillo para calcular la carga de trabajo y el estrés de un trabajador es el uso de valores subjetivos del esfuerzo percibido. Dichos valores pueden reemplazar el costoso y relativamente voluminoso equipo que se requiere para realizar mediciones isiológicas con la simplicidad de los valores verbales. Borg (1967) desarrolló la escala más popular para evaluar el ejercicio percibido durante las actividades de todo el cuerpo: la escala de Valores de Borg del esfuerzo percibido (RPE). Esta escala se construyó de tal manera que los valores entre 6 y 20 corresponden directamente al ritmo cardiaco (dividido entre 10) previsto para ese nivel de ejercicio (tabla 4.6). Se proporcionan anclas verbales para ayudar al trabajador en el desempeño de sus valores. Por lo tanto, con el in de 4.4 Tabla 4.6 Puntuación 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Trabajo manual y lineamientos de diseño Escala RPE de Borg (1967) con anclas verbales Ancla verbal Sin ejercer ninguna fuerza Extremadamente ligera Muy ligera Ligera Un poco difícil Difícil Muy difícil Extremadamente difícil Máxima fuerza ejercida garantizar una recuperación aceptable del ritmo cardiaco, con base en los lineamientos anteriores de ritmo cardiaco, la escala de Borg probablemente no deba exceder un valor de 11. Observe que los valores, debido a que son subjetivos, pueden ser afectados por experiencias anteriores y por el nivel de motivación del individuo. Por lo tanto, los valores deben utilizarse con precaución y quizá tengan que estar normalizados a los valores máximos de cada individuo. FUERZAS DE COMPRESIÓN EN LA PARTE INFERIOR DE LA ESPALDA La espina dorsal o columna vertebral de un adulto está formada por 25 huesos independientes ensamblados (vértebras) en forma de S que se dividen en cuatro regiones principales: 7 vértebras cervicales en el cuello, 12 vértebras torácicas en la espalda superior, 5 vértebras lumbares en la espalda inferior y el sacro en el área pélvica (igura 4.23). Los huesos tienen un cuerpo aproximadamente cilíndrico, varias protuberancias óseas que emanan de la parte trasera, las cuales sirven para ijar los músculos de la espalda, el espinal erector. En el centro de cada vértebra existe una abertura que contiene y protege la médula espinal a medida que ésta viaja desde el cerebro hacia el inal de la columna vertebral (igura 4.24). En varios puntos del camino, las raíces del nervio espinal se separan de la médula espinal y pasan entre los huesos vertebrales hacia las extremidades, el corazón, los órganos y otras partes del cuerpo. Los huesos vertebrales están separados por medio de tejido blando, los discos intervertebrales, que sirven de articulaciones y permiten un amplio rango de movimiento de la espina, a pesar de que la mayor parte de la lexión del tronco ocurre en las dos articulaciones inferiores, la que está en la frontera entre la vértebra lumbar inferior y el sacro (llamado disco L5/S1, pues la numeración de las vértebras va de arriba hacia abajo por región), y la siguiente hacia arriba (disco L4/L5). Los discos también actúan como colchones entre los huesos vertebrales y, junto con la espina en forma de S, ayudan a proteger la cabeza y el cerebro de los impactos trepidantes que se producen al caminar, correr y saltar. Los discos están formados por un centro conformado por una sustancia similar a un gel rodeado por una capa de ibra con la forma de cebolla, separada del hueso mediante una placa terminal de cartílago. Existe un constante movimiento de luido entre el centro de gel y el tejido circundante, el que depende de la presión en el disco. En consecuencia, la longitud de la columna vertebral (medida por el cambio de la estatura total) puede variar en una magnitud de ½ a 1 pulgada (1.3 a 2.5 cm) a lo largo de un día de trabajo y, a veces, se utiliza como una medida independiente de la carga de trabajo física de un individuo. (Como nota de interés, en el espacio, los astronautas, una vez libres de los efectos de la gravedad, pueden medir hasta 2 pulgadas más de sus estaturas normales.) Desafortunadamente, debido a los efectos combinados de la edad y a la realización de trabajo manual pesado (ambos efectos son difíciles de separar), con el tiempo los discos pueden debilitarse. 125 126 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual Región cervical Región torácica Área lumbar Sacro 40˚ Figura 4.23 Anatomía de la espina dorsal humana. (De: Rowe, 1983.) 4 1 2 5 a) 3 b) c) Figura 4.24 Anatomía de una vértebra y el proceso de degeneración de los discos. a) Estado normal: 1) cuerpo de la vértebra, 2) proceso espinal, que sirve como punto de conexión del músculo; 3) disco intervertebral; 4) médula espinal; 5) raíz del nervio. b) Angostamiento del espacio entre discos, que permite que se aprisione la raíz del nervio. c) Disco herniado, que permite que el gel se extruya e incida sobre la raíz del nervio. (Adaptado de Rowe, 1983.) Algunas de las ibras encerradas pueden deshilacharse o la placa terminal de cartílago puede experimentar microfracturas y liberar algo del material gelatinoso, lo cual reduce las presiones internas y permite que el centro comience a secarse. Proporcionalmente, los espacios entre los discos se hacen más angostos, lo que permite que los huesos vertebrales se junten y, eventualmente, se toquen entre sí y provoquen irritación y dolor. Aún peor, las raíces de los nervios inciden y generan dolor y lesiones sensoriales y motoras. A medida que las ibras pierden su integridad, los huesos vertebrales se pueden desplazar y provocar una presión dispareja en los discos y aún más dolor. En casos más catastróicos, llamados hernia discal, o de una forma más familiar, resbalamiento de discos, las protecciones de las ibras pueden llegar a romperse, lo que permite que grandes cantidades de sustancia gelatinosa se extruya e incida todavía más sobre las raíces de los nervios (igura 4.24c). Las causas de los problemas en la parte inferior de la espalda no son siempre fáciles de identiicar. De la misma forma que con la mayoría de las enfermedades ocupacionales, están en juego factores de trabajo e individuales. En estos últimos se puede incluir la predisposición genética hacia tejidos conectivos más débiles, discos y ligamentos así como las condiciones del estilo de vida personal como, por ejemplo, el consumo de tabaco y la obesidad, circunstancias sobre las cuales el ingeniero industrial tiene muy poco control. Los cambios sólo pueden afectar los factores del trabajo. A pesar de que los datos epidemiológicos se confunden muy fácilmente con los efectos de la sobrevivencia de la 4.4 2" 2" L5/S1 L5/S1 Trabajo manual y lineamientos de diseño 30" 50 127 30" F ⫽ Fcomp FM 50 Figura 4.25 Fuerzas de compresión de la espalda modeladas como una palanca de primera clase. población o los mecanismos compensatorios individuales, se puede demostrar estadísticamente que el trabajo pesado genera un incremento de las lesiones en la parte inferior de la espalda. El trabajo pesado incluye más que sólo levantamientos frecuentes de cargas pesadas; también incluye la conservación de posturas estáticas del tronco doblado hacia adelante por periodos prolongados. También son factores contribuyentes los largos periodos de inmovilidad aun sentados, así como la vibración de todo el cuerpo. Por lo tanto, los cientíicos han asociado la formación de altas presiones sobre los discos con las fallas eventuales en los discos y han optado por los cálculos biomecánicos o los de las fuerzas de compresión en los discos a partir de las mediciones de presión intradiscales directas o intraabdominales, ninguna de las cuales es de interés práctico para la industria. Una analogía cruda pero de gran utilidad (igura 4.25) considera el diagrama de cuerpo libre del disco L5/S1 (en el cual se produce la mayor parte de la lexión del tronco y el herniado de discos) y modela los componentes como una palanca de primera clase, donde el centro del disco actúa como un fulcro. La carga que actúa a través de un brazo de impulso determinado por la distancia desde el centro de las manos hasta el centro del disco genera un impulso en el sentido de las manecillas del reloj, mientras que el músculo espinal erector se modela como una fuerza que actúa hacia abajo a través de un brazo de impulso muy pequeño [aproximadamente de 2 pulgadas (5 cm)], lo que genera un impulso en sentido opuesto al de las manecillas del reloj apenas suiciente para mantener el equilibrio. Por lo tanto, los dos impulsos deben ser iguales para permitir el cálculo de la fuerza interna del músculo espinal erector: 2  FM ⫽ 30 ⫻ 50 donde FM = fuerza muscular. Entonces FM = 1 500/2 o 750 libras (341 kg). Despejando la fuerza total de compresión Fcomp ejercida en los discos se obtiene Fcomp ⫽ FM ⫹ 50 ⫽ 800 Esta fuerza de compresión de los discos de 800 libras (364 kg) representa una carga considerable, la cual puede provocar lesiones en ciertos individuos. Observe que esta simple analogía no toma en cuenta la falta de alineación de los discos, los pesos de los segmentos del cuerpo y otros factores y, probablemente, falla al predecir las extremadamente elevadas fuerzas de compresión que por lo general se ejercen en el área inferior de la espalda. En la igura 4.26 se presentan valores más precisos para diferentes cargas y distancias horizontales. Debido a la variación individual considerable en los niveles de fuerza que dan como resultado la aparición de lesiones en los discos, Waters (1994) recomendó que una fuerza de compresión de 770 libras (350 kg) se considerará un umbral peligroso. Los cálculos a mano de dichas fuerzas de compresión a través del modelado biomecánico representa una inversión de tiempo signiicativamente elevada y ha llevado al desarrollo de varios modelos biomecánicos computarizados, el más conocido de los cuales es el Programa de predicción de esfuerzo estático en 3D. Observe que a pesar de que el herniado de los discos puede representar la lesión más severa de la parte inferior de la espalda, existen otros problemas, tales como las lesiones del tejido blando que conforma los ligamentos, músculos y tendones. Probablemente, estas lesiones son más comunes y dan como resultado el dolor de espalda que la mayoría de la gente asocia con el trabajo manual. Dicho dolor, a pesar de ser muy molesto, posiblemente se elimine con varios días de descanso moderado. En la actualidad, los médicos recomiendan una actividad diaria moderada para acelerar la recu- CAPÍTULO 4 Figura 4.26 Efecto del peso de la carga y la distancia horizontal entre el centro de gravedad de la carga y el disco L5/S1 en la fuerza de compresión que se predijo en el disco L5/S1. (Fuente: Adaptado del NIOSH, 1981, iguras 3.4 y 3.5.) Diseño del trabajo manual Fuerza de compresión L5 / S1 que se predijo, libras 128 2 000 Carga lb (kg) 132 (60) 1 750 1 500 1 250 Fcomp 88 (40) 44 (20) H 1 000 750 500 250 0 5 10 15 20 25 30 35 Distancia horizontal H pulgadas peración, en lugar de permanecer en absoluto descanso. Además, los investigadores han incorporado los componentes de tejido blando en modelos de la espalda cada vez más complejos. LINEAMIENTOS DEL NIOSH PARA EL LEVANTAMIENTO DE CARGAS Con la inalidad de reconocer e intentar controlar el creciente problema de las lesiones en la espalda relacionadas con el trabajo, el Instituto Nacional para la Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH) publicó los que comúnmente se conocen como lineamientos para el levantamiento de cargas del NIOSH (Waters et al., 1994). Aunque éstos son sólo lineamientos, la OSHA los utiliza de manera extensa en sus inspecciones de los lugares de trabajo y publicará citas con base en ellos mediante la Cláusula del trabajo general. La observación clave es el límite de peso recomendado (RWL), el cual se basa en el concepto de peso óptimo, con ajustes de varios factores relacionados con las variables de la tarea. El RWL representa la carga que puede ser manejada por la mayoría de los trabajadores: 1. 2. 3. La fuerza de compresión de 770 lb (350 kg) en el disco L5/S1, generada por el RWL, puede ser tolerada por la mayoría de los trabajadores jóvenes y saludables. Más de 75% de las mujeres y más de 99% de los hombres tienen la suiciente fuerza para levantar la carga que se describe en el RWL. Los consumos de energía máximos resultantes de 4.7 kcal/min (18.8 Btu/min) no deben exceder los límites recomendados. Una vez que se ha excedido el RWL, los índices de lesiones músculo-esqueléticas y los grados de severidad aumentan de manera considerable. La ecuación del RWL se basa en la carga máxima que puede ser manejada en una postura ideal. A medida que la postura se desvía de la ideal, los ajustes de varios factores de la tarea, en forma de multiplicadores, disminuyen la carga aceptable. RWL ⫽ LC * HM * VM * DM * AM * FM * CM donde: LC ⫽ HM ⫽ VM ⫽ DM ⫽ AM ⫽ FM ⫽ constante de carga ⫽ 51 libras multiplicador horizontal ⫽ 10/H multiplicador vertical ⫽ 1 – 0.0075|V – 30| multiplicador de la distancia ⫽ 0.82 + 1.8/D multiplicador de asimetría ⫽ 1 ⫺ 0.0032*A multiplicador de frecuencia de la tabla 4.7 4.4 129 Trabajo manual y lineamientos de diseño CM ⫽ multiplicador de acoplamiento de la tabla 4.8 H ⫽ ubicación horizontal de la carga cg hacia adelante del punto medio entre los tobillos, 10 ⱕ H ⱕ 25 pulgadas V ⫽ ubicación vertical de la carga cg, 0 ⱕ V ⱕ 70 pulgadas D ⫽ distancia del recorrido vertical entre el origen y el destino del levantamiento, 10 ⱕ D ⱕ 70 pulgadas A ⫽ ángulo de asimetría entre las manos y los pies (grados), 0° ⱕ A ⱕ 135°. De una manera más simple, RWL (lb) ⫽ 51(10/H) (1 ⫺ 0.0075 | V ⫺ 30 |) (0.82 ⫹ 1.8/D) (1 ⫺ 0.0032A) ⫻ FM ⫻ CM Estos multiplicadores varían desde un valor mínimo de 0 para posturas extremas a uno máximo de 1 para una posición o condición ideal. La tabla 4.7 proporciona los multiplicadores de frecuencia para tres duraciones de trabajo diferentes y para frecuencias que varían desde 0.2/min hasta 15/min. La duración del trabajo se divide en tres categorías: Tabla 4.7 Tabla de multiplicadores de frecuencia (FM) Duración del trabajo ⱕ1h Frecuencia Levantamientos/min (F)‡ ⱕ 0.2 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ⬎15 † ‡ ⬎1 pero ⱕ 2 h V ⬍ 30† V ⱖ 30 V ⬍ 30 V ⱖ 30 V ⬍ 30 V ⱖ 30 1.00 0.97 0.94 0.91 0.88 0.84 0.80 0.75 0.70 0.60 0.52 0.45 0.41 0.37 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.97 0.94 0.91 0.88 0.84 0.80 0.75 0.70 0.60 0.52 0.45 0.41 0.37 0.34 0.31 0.28 0.00 0.95 0.92 0.88 0.84 0.79 0.72 0.60 0.50 0.42 0.35 0.30 0.26 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.95 0.92 0.88 0.84 0.79 0.72 0.60 0.50 0.42 0.35 0.30 0.26 0.23 0.21 0.00 0.00 0.00 0.00 0.85 0.81 0.75 0.65 0.55 0.45 0.35 0.27 0.22 0.18 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.85 0.81 0.75 0.65 0.55 0.45 0.35 0.27 0.22 0.18 0.15 0.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Los valores de V están en pulgadas. Para levantamientos menos frecuentes a uno cada 5 minutos, fije el valor de F ⫽ 0.2 levantamientos/min. Tabla 4.8 Multiplicador de acoplamiento Multiplicador de acoplamiento Tipo de acoplamiento Bueno Regular Pobre ⬎2 pero ⱖ 8 h V ⬍ 30 pulgadas (75 cm) V ⱖ 30 pulgadas (75 cm) 1.00 0.95 0.90 1.00 1.00 0.90 130 CAPÍTULO 4 1. 2. 3. Diseño del trabajo manual Corta duración. Una hora o menos seguida de un tiempo de recuperación igual a 1.2 veces el tiempo de trabajo. (Por lo tanto, a pesar de que un individuo trabaje tres periodos de 1 hora, siempre y cuando estos periodos de trabajo estén mezclados con periodos de recuperación de 1.2 horas, el trabajo total aún se considerará de corta duración.) Duración moderada. Entre 1 y 2 horas de trabajo, seguidas de un periodo de recuperación de al menos 0.3 veces el tiempo de trabajo. Larga duración. Cualquier periodo mayor a 2 horas pero menor a 8 horas. El multiplicador de acoplamiento depende de la naturaleza de la interfaz mano-a-objeto. En general, una buena interfaz o sujeción reducirá las fuerzas de sujeción que se requieren e incrementa el peso de levantamiento aceptable. Por otro lado, una pobre interfaz requiere grandes fuerzas de sujeción y reduce el peso aceptable. En los lineamientos revisados del NIOSH se utilizan tres clases de acoplamientos: bueno, razonable y pobre. Un buen acoplamiento se obtiene si el contenedor tiene un diseño óptimo, tales como cajas y cajones con asas bien deinidas o asas de mano. También debe tener una textura plana no resbalosa y no mayor a 16 pulgadas (40 cm) en la dirección horizontal, y no mayor a 12 pulgadas (30 cm) de altura. Un asa óptima es cilíndrica con una supericie plana no resbalosa de 0.75 a 1.5 pulgadas (1.9 a 3.8 cm) de diámetro, mayor a 4.5 pulgadas (11.3 cm) de largo y con 2 pulgadas (5 cm) de margen de espacio. En el caso de partes lojas u objetos irregulares que no se encuentran en contenedores, un buen acoplamiento podría consistir en una sujeción confortable en la cual la mano pudiera envolverse alrededor del objeto sin grandes movimientos de las muñecas (típicamente, partes pequeñas en una sujeción de fuerza). Un acoplamiento razonable es el resultado de interfaces por debajo del diseño óptimo debido a asa o asas de mano menores a lo óptimo. En el caso de contenedores con un diseño óptimo, sin asas o manijas, o con partes sueltas, se puede decir que tiene un buen acoplamiento si la mano no puede Objeto levantado Contenedor Objeto suelto NO ¿Contenedor óptimo? SÍ ¿Objeto voluminoso? NO SÍ POBRE ¿Asas óptimas? SÍ ¿Óptima sujeción? NO NO NO SÍ ¿Están los dedos flexionados 90°? SÍ REGULAR BUENA Figura 4.27 Árbol de decisión de las calidades de acoplamiento. 4.4 131 Trabajo manual y lineamientos de diseño envolverse completamente pero se lexiona sólo 90°. Esta apreciación se aplica típicamente a la mayoría de las cajas industriales para empaque. Un acoplamiento pobre es el resultado de contenedores por debajo de lo óptimo sin asas o manijas o con partes sueltas que son voluminosas o difíciles de manejar. Por lo tanto, cualquier contenedor con supericies rugosas o resbalosas, orillas puntiagudas, un centro de gravedad asimétrico o contenidos inestables, o uno que requiera guantes es un pobre acoplamiento, por deinición. Para ayudar a clasiicar los acoplamientos, el árbol de decisiones que se muestra en la igura 4.27 podría ser de gran utilidad. Los multiplicadores de cada variable actúan como herramientas simples de diseño para el rediseño de trabajo relativamente directo. Por ejemplo, si HM = 0.4, 60% de la capacidad potencial de levantamiento se pierde debido a una gran distancia horizontal. Por lo tanto, la distancia horizontal debe reducirse lo más posible. NIOSH también ideó un índice de levantamiento (LI) para ofrecer un valor estimado del nivel de riesgo al levantar una determinada carga, donde los valores que excedan de 1.0 se consideren inseguros. También, el LI es de utilidad para asignar prioridades para el rediseño ergonómico. LI ⫽ peso de la carga/RWL En términos de controlar el riesgo, el NIOSH recomienda los controles de ingeniería, cambios físicos o un rediseño del trabajo y del lugar de trabajo en lugar de los controles administrativos que consistan de la selección y entrenamiento especializados de los trabajadores. Los cambios más comunes incluyen evitar ubicaciones muy altas o muy bajas, utilizar montacargas y mesas de elevación, el empleo de asas o contenedores especiales para manejar cargas y la reducción de la distancia horizontal para acortar las supericies de trabajo y colocar las cargas en las cercanías del cuerpo. Análisis de NIOSH del levantamiento de un paquete en la cajuela de un automóvil. Antes de que el diseño de automóviles cambiara, no era nada extraño tener que doblar la espalda y extender los brazos mientras se colocaba un objeto dentro de la cajuela del auto (igura 4.28). Suponga que el ocupante carga un paquete de 30 libras desde el piso hasta la cajuela. Si es un poco lojo, el ocupante simplemente gira 90° para levantar la caja desde el nivel del piso (V = 0) a una distancia horizontal corta (H ∼ 10 pulgadas). La distancia de recorrido vertical es la diferencia entre la ubicación vertical del paquete hasta su destino (suponga que el fondo de la cajuela está a 25 pulgadas respecto al piso) y la ubicación vertical de la caja en el origen (V = 0), nos da D = 25. Suponga que éste es un levantamiento que se realiza de una sola vez; por lo tanto, FM = 1. También suponga que el paquete es muy pequeño y compacto, pero no tiene asas. Por lo tanto, el acoplamiento es razonable con un valor CM = 0.95. Esta igualdad nos permite hacer el cálculo siguiente para el origen: RWLORG ⫽ 51(10/10) (1 ⫺ 0.0075 | 0 ⫺ 30 |) (0.82 ⫹ 1.8/25) ⫻ (1 ⫺ 0.0032 * 90) (1) (0.95) ⫽ 51(1)(0.775) (0.892) (0.712) (1) (0.95) ⫽ 23.8 Suponiendo una distancia de alcance mayor (H = 25 pulgadas) hasta la cajuela debido a que la defensa y al elevado tope de la cajuela, sin girar, la distancia recorrida permanece igual, y el acoplamiento es suiciente, el cálculo en el destino es RWLDEST ⫽ 51(10/25) (1 ⫺ 0.0075 | 25 ⫺ 30 |)(0.82 ⫹ 1.8/25) ⫻ (1 ⫺ 0.0032 * 0) (1) (0.95) ⫽ 51(0.4)(0.963) (0.892) (1) (1) (0.95) ⫽ 16.6 y LI ⫽ 30/16.6 ⫽ 1.8 Figura 4.28 Postura del ejemplo del levantamiento de una carga y su colocación dentro de la cajuela. EJEMPLO 4.2 132 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual Por lo tanto, en el peor de los casos, la mayoría de los individuos sólo podrán levantar de manera segura 16.6 libras, mientras que el paquete de 30 libras crearía un riesgo que casi duplicaría los niveles aceptables. La mayor reducción de la capacidad es la distancia horizontal hasta el destino debido al diseño de la cajuela. Si se reduce la distancia horizontal a 10 pulgadas, el factor H aumentará a 10/10 = 1 y el RWL a 41.5 libras. En la mayoría de los autos nuevos estos resultados se han logrado abriendo la parte frontal de la cajuela de tal manera que una vez que la carga ha sido levantada hasta el tope inferior, sólo es necesario realizar un mínimo levantamiento horizontal y empujar la carga hacia adelante. Sin embargo, el caso límite es ahora el origen, el cual puede mejorarse si se mueven los pies y se elimina el giro, lo cual aumenta el RWL a 33.4 libras. Observe que es necesario un análisis de dos etapas si el ocupante levanta la carga desde el piso hasta el tope de la cajuela y después baja el paquete hasta el fondo de la cajuela. Este levantamiento también ha sido mejorado en los modelos más nuevos debido a una disminución de la altura vertical del tope, lo cual también hace que disminuya la distancia de levantamiento. Tabla 4.9 Muestra de las características del trabajo de levantamiento de tres tareas Número de tarea Peso de la carga L Frecuencia de la tarea F FIRWL FM STRWL FILI STLI Nuevo número de tarea 1 2 3 20 2 20 0.91 18.2 1.0 1.1 2 30 1 20 0.94 18.8 1.5 1.6 1 10 4 15 0.84 12.6 0.67 0.8 3 LINEAMIENTOS PARA EL LEVANTAMIENTO MULTITAREAS Para trabajos que incluyan una gran variedad de tareas de levantamiento, la carga total física/metabólica se incrementa en comparación con la tarea de levantamiento única. Este aumento se releja en una disminución del RWL y un incremento del LI, pero existe un procedimiento especial para manejar dichas situaciones. El concepto es un índice compuesto de levantamiento (CLI), el cual representa las demandas colectivas del trabajo. El CLI es igual al índice de levantamiento de tarea única (STLI) más grande y aumenta de forma incremental por cada tarea subsecuente. El procedimiento multitarea es el siguiente: 1. 2. 3. 4. 5. Calcule una sola tarea RWL (STRWL) para cada tarea. Calcule un RWL de frecuencia independiente (FIRWL) para cada tarea haciendo que FM =1. Calcule una sola tarea LI (STLI) mediante la división de la carga entre el STRWL. Calcule un LI de frecuencia independiente (FILI) dividiendo la carga entre FIRWL. Calcule el CLI de todo el trabajo mediante la asignación de un orden a las tareas de acuerdo con la disminución del estrés físico, esto es, el STLI de cada tarea. El CLI es, entonces, CLI ⫽ STLI1 ⫹ ⌺⌬LI donde ⌺⌬LI ⫽ FILI2 (1/FM1,2 ⫺ 1/FM1) ⫹ FILI3 (1/FM1,2,3 ⫺ 1/FM1,2) ⫹ … Considere el trabajo de levantamiento de tres tareas que se muestra en la tabla 4.9. El análisis del levantamiento multitareas es el siguiente: 1. 2. 3. 4. La tarea con el mayor índice de levantamiento es la nueva tarea 1 (antes tarea 2) con un STLI ⫽ 1.6. La suma de las frecuencias de las nuevas tareas 1 y 2 es 1 + 2 = 3. La suma de las frecuencias de las nuevas tareas 1, 2 y 3 es 1 + 2 + 4 = 7. De la tabla 4.7, los nuevos multiplicadores de frecuencia son FM1 = 0.94, FM1,2 = 0.88 y FM1,2,3 = 0.70. 4.4 Trabajo manual y lineamientos de diseño Hoja de trabajo para analizar el trabajo multitareas Departamento Título del trabajo Nombre del analista Fecha Descripción del trabajo Paso 1. Medición y registro de datos variables de la tarea del objeto Ubicación de la mano (pulgadas) Distancia vertical Ángulo asimétrico (grados) Tarea núm. Peso (pulgadas) Origen Destino (en libras) Origen Destino L (promedio) L (máximo) H V H V D A A Frecuencia Levantamientos/minuto F Duración Acoplamiento Horas C Paso 2. Calcule los multiplicadores y el FIRWL, STRWL, FILI y el STLI de cada tarea Tarea núm. LC x HM x VM x DM x AM x CM FILI = STLI = FIRWL x FM STRWL L/FIRWL L/STRWL Núm. de la tarea nueva F 51 51 51 51 51 Paso 3. Calcule el índice compuesto de levantamiento de la tarea (después de numerar las tareas) CLI = STLI1, + Δ FILI2 + Δ FILI3 + Δ FILI4 + Δ FILI5 FILI2 (1/FM1,2 – 1/FM1) FILI3 (1/FM1,2,3 – 1/FM1,2) FILI4 (1/FM1,2,3,4 – 1/FM1,2,3) FILI5 (1/FM1,2,3,4,5 – 1/FM1,2,3,4) CLI = Figura 4.29 5. Hoja de trabajo para analizar el trabajo multitareas. El índice combinado de levantamiento es, por lo tanto, CLI ⫽ 1.6 ⫹ 1 (1/0.88 ⫺ 1/0.94) ⫹ 0.67 (1/0.7 ⫺ 1/0.88) ⫽ 1.60 ⫹ 0.07 ⫹ 0.20 ⫽ 1.90 Este procedimiento se facilita mediante el empleo de la Hoja para el análisis del trabajo multitareas del NIOSH (vea la igura 4.29). Sin embargo, una vez que el número de tareas excede de tres o cuatro, se convierte en una labor que consume mucho tiempo el calcular manualmente el CLI. Una gran variedad de programas de software y sitios en Internet se encuentran disponibles en la actualidad para ayudar en este esfuerzo, entre los que se incluye el Design Tools. Desde luego, la mejor solución de todas consiste en evitar el manejo manual de materiales y utilizar dispositivos mecánicos de ayuda o sistemas completamente automatizados (vea el capítulo 3). LINEAMIENTOS GENERALES: LEVANTAMIENTO MANUAL A pesar de que ninguna técnica de levantamiento óptimo es apropiada para todos los individuos o condiciones de trabajo, se pueden mencionar algunas pautas que, en general, son apropiadas (vea la igura 4.30). En primer lugar, planee el levantamiento luego de evaluar el tamaño y la forma de la carga, y determine si es necesario solicitar ayuda y qué condiciones del lugar de trabajo podrían interferir con el levantamiento. En segundo lugar, determine la mejor técnica de levantamiento que utilizará. En general, un levantamiento en cuclillas, con la espalda relativamente erguida y levantando con las rodillas dobladas, representa el más seguro en términos de menores fuerzas de compresión en la espalda. Sin embargo, las cargas voluminosas pueden interferir con las rodillas, por lo que puede ser necesario un levantamiento agachado, en el cual el individuo se inclina y después extiende la espalda. En tercer lugar, coloque sus pies separados a ambos lados y de adelante hacia atrás para mantener un buen 133 134 CAPÍTULO 4 a) Diseño del trabajo manual Planee el levantamiento. Busque la mejor manera de sujetar la carga. c) b) Determine la mejor técnica de levantamiento. d) Jale la carga a una posición cercana a su cuerpo. e) Alterne el trabajo de levantamiento con el trabajo ligero. Figura 4.30 Procedimiento para un levantamiento seguro. (Disponible a través de Dr. S.H. Rodgers, P.O. Box 23446, Rochester, NY 14692.) equilibrio y una postura estable. En cuarto lugar, asegúrese de contar con un buen punto de sujeción de la carga. Estos últimos dos lineamientos son particularmente importantes con el in de evitar movimientos con rotación y bruscos, los cuales son exageradamente perjudiciales para la parte inferior de la espalda. En quinto lugar, sujete la carga cerca del cuerpo con el in de minimizar el brazo de palanca horizontal que produce la carga y el impulso resultante sobre la parte inferior de la espalda. Evitar las torsiones y los movimientos bruscos es un aspecto muy importante. Las primeras producen una orientación asimétrica de los discos, lo cual genera una elevada presión en los discos, mientras que los segundos provocan fuerzas de aceleración adicionales en la espalda. Un método no intuitivo para evitar que los trabajadores se tuerzan consiste en incrementar la distancia de recorrido entre el origen y el destino. Ello obligará al trabajador a dar un paso y, al hacerlo, volteará todo el cuerpo en lugar de sólo rotar el tronco. Cargar diferentes pesos en ambos brazos o una carga completa en un brazo sólo generan orientaciones asimétricas similares en los discos y, por lo tanto, deben evitarse. Las Listas de veriicación de la postura general y Evaluación de la tarea (vea la igura 4.31) puede ser de gran utilidad como recordatorio para el analista de los principios básicos del buen diseño de trabajo. CINTURONES PARA LA ESPALDA No se deben pasar por alto las advertencias respecto a los cinturones para la espalda. Aunque es evidente que son utilizados por muchos trabajadores y prescritos automáticamente en algunas compañías, los cinturones para la espalda no representan la panacea deinitiva y se debe tener precaución al utilizarlos. Los cinturones para la espalda se originaron a partir de estudios antiguos acerca del levantamiento de pesas, que demostraron que en el caso de cargas extremas, los cinturones eliminaban de 15 a 30% de las fuerzas de compresión que afectaban la parte inferior de la espalda, de acuerdo con los valores de los electromiogramas de esa parte del cuerpo (Morris et al., 1961). Sin embargo, dichos estudios se llevaron a cabo en levantadores de pesas entrenados que cargaban mucho más peso en un plano completamente sagital. Los trabajadores industriales levantaban cargas mucho más ligeras, lo que les producía un efecto mucho menor. Los giros debidos a músculos desalineados probablemente reduzcan este efecto aún más. Existen también datos anecdóticos del efecto “superhombre” ⎯los trabajadores industriales con cinturones para la espalda seleccionaban cargas más pesadas que los que no los utilizaban⎯ y algunos trabajadores que tenían enfermedades en las coronarias incrementaban la presión sanguínea de 10 a 15 mmHg debido a la compresión abdominal. 135 Preguntas Evaluación de la postura general 1. ¿Se mantienen las articulaciones en una posición neutral (la mayoría están estiradas, el codo está a 90°)? 2. ¿Está sostenida la carga o el trabajo cerca del cuerpo? 3. ¿Se evitan las posturas inclinadas hacia adelante? 4. ¿Se evitan las posturas con el tronco torcido? 5. ¿Se evitan los movimientos repentinos y bruscos? 6. ¿Se evitan las posturas estáticas? Es decir, ¿Hay cambios en la postura? 7. ¿Se evita un gran número de operaciones que impliquen alcanzar objetos? 8. ¿Se utilizan las manos enfrente del cuerpo? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Evaluación de la tarea 1. ¿Se evita ejercitar músculos estáticos? a) ¿Se limitan los esfuerzos estáticos repetitivos a una resistencia máxima <15%? b) ¿Se limitan las duraciones de los esfuerzos estáticos a varios segundos? 2. ¿Los sujetadores de presión se utilizan sólo en tareas de precisión de fuerza reducida? 3. ¿Se utilizan grandes grupos musculares y sujetadores de poder en tareas que requieren fuerza? 4. ¿Se utiliza el impulso para ayudar al operario? 5. ¿Se utilizan los movimientos curvos que pivotean alrededor de las articulaciones de más bajo orden? 6. ¿Están los materiales y herramientas colocados dentro del área de trabajo normal? 7. ¿Se utilizan contenedores por gravedad y la caída de objetos? 8. ¿Se llevan a cabo las tareas debajo del hombro y arriba del nivel de los nudillos? 9. ¿Se llevan a cabo los levantamientos despacio y con las rodillas flexionadas? 10. ¿Se utilizan las ayudas mecánicas o adicionales para cargas mayores a 50 libras? 11. ¿Es la carga de trabajo lo suficientemente ligera para que el ritmo cardiaco sea estable y por debajo de 110 latidos/minuto? 12. ¿Se conceden descansos frecuentes de poca duración? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Figura 4.31 Listas de verificación de la postura general y de la evaluación de la tarea. Por último, un estudio longitudinal de los manipuladores del equipaje de una línea aérea (Ridell et al., 1992) concluyó que no había una diferencia signiicativa en las lesiones en la espalda entre los trabajadores que usaban cinturones y los trabajadores de “control” que no los utilizaban. De manera sorprendente, un grupo más pequeño de trabajadores, que por alguna razón u otra (por ejemplo, incomodidad, calor) dejaron de usar los cinturones pero continuaron con el estudio, tuvieron un mayor número de lesiones. Lo anterior puede atribuirse a la atroia de los músculos abdominales, los cuales de manera natural deben proporcionar un cinturón interno para la espalda, pero que se debilitaron debido a la reducción del estrés. Un enfoque muy positivo podría ser estimular a los trabajadores a fortalecer los músculos a través de movimientos abdominales (abdominales modiicadas), ejercicio de manera regular y reducción de peso corporal. Los cinturones para la espalda deben utilizarse sólo con un entrenamiento adecuado y después de que se haya intentado implantar controles de ingeniería. RESUMEN El capítulo 4 presenta algunos conceptos teóricos de los sistemas isiológico y músculo-esquelético humanos como una forma de ofrecer una estructura para una mejor comprensión de los principios de la economía de movimientos y del diseño del trabajo. Dichos principios se presentan como un conjunto de reglas que deben utilizarse para rediseñar el trabajo manual de ensamble como parte del estudio de movimientos. Se espera que mediante una mejor comprensión del funcionamiento del cuerpo humano, el analista pueda ver estas reglas como menos arbitrarias. En el capítulo 5 se expondrán estos mismos conceptos para el estudio del diseño del lugar de trabajo, de las herramientas y del equipo. PREGUNTAS 1. ¿Qué componentes estructurales se encuentran en los músculos? ¿Qué relación tienen estos componentes con el desempeño muscular? 2. Explique los elementos del desempeño de los músculos estáticos y dinámicos mediante la teoría del ilamento deslizante. 136 CAPÍTULO 4 Diseño del trabajo manual 3. Describa los diferentes tipos de ibras musculares y relacione sus propiedades con el desempeño muscular. 4. ¿Por qué un cambio en el número de unidades motoras activas no trae como consecuencia un cambio proporcional en la tensión muscular? 5. ¿Qué mide el EMG? ¿Cómo se interpreta un EMG? 6. Explique por qué los diseñadores de las estaciones de trabajo deben esforzarse para que los operarios lleven a cabo elementos de trabajo sin levantar los codos. 7. ¿Qué distancia de visión recomendaría usted a un operario que trabaja sentado en una terminal de computadora? 8. Deina y proporcione ejemplos de los 17 movimientos fundamentales o therbligs. 9. ¿Cómo podría eliminarse el movimiento básico “Buscar” del ciclo de trabajo? 10. ¿Qué movimiento básico generalmente precede a “Alcanzar”? 11. ¿Cuáles son las tres variables que afectan el tiempo del movimiento básico “Mover”? 12. ¿Cómo determina el analista cuándo el operario realiza el elemento “Inspeccionar”? 13. Explique la diferencia entre los retrasos evitables y los no evitables. 14. ¿Cuáles de los 17 therbligs se clasiican como eicientes y generalmente no pueden eliminarse del ciclo de trabajo? 15. ¿Por qué se deben proporcionar ubicaciones ijas en la estación de trabajo para las herramientas y los materiales? 16. ¿Cuáles de las cinco clases de movimientos preieren los trabajadores industriales? Explique su respuesta. 17. ¿Por qué es deseable tener los pies trabajando sólo cuando las manos están ocupadas? 18. En un estudio de movimientos, ¿por qué no es recomendable analizar ambas manos simultáneamente? 19. ¿Qué factores de la tarea incrementan el índice de diicultad de una tarea de ramiicación de Fitts? 20. ¿Qué factores afectan las fuerzas de compresión de la espalda durante un levantamiento? 21. ¿Qué factores inluyen sobre la medición de la resistencia muscular isométrica? 22. ¿Por qué diieren las capacidades de resistencia psicofísicas, dinámicas y estáticas? 23. ¿Qué métodos pueden utilizarse para estimar las necesidades de energía de un trabajo? 24. ¿Qué factores modiican la energía que se consume en un determinado trabajo? 25. ¿Cómo varía la capacidad de trabajo en relación con el género y la edad? 26. ¿Qué limita la resistencia en una tarea manual que ocupa todo el cuerpo? PROBLEMAS 1. ¿Cuál es la carga máxima que puede ser levantada por un brazo rígido estirado de una mujer que pertenece al 50avo percentil? (Para estimar la antropometría utilice la tabla 5.1.) 2. En el departamento de empacado, un trabajador está parado a la mitad entre un extremo de una banda transportadora y una tarima. La supericie de la banda transportadora se encuentra a 40 pulgadas del piso y la parte superior de la tarima a 6 pulgadas. A medida que se mueve la caja hacia el extremo de la banda transportadora, el trabajador gira 90° para levantarla, y después se mueve 180° en la dirección contraria y la coloca sobre la tarima. Cada caja tiene 12 pulgadas de lado y pesa 25 libras. Suponga que el trabajador mueve cinco cajas por minuto en una jornada de 8 horas y una distancia horizontal de 12 pulgadas. Mediante la ecuación de levantamiento del NIOSH, calcule el RWL y el LI. Rediseñe la tarea para mejorarla. ¿Cuáles son los valores del RWL y del LI ahora? 3. En el problema 2, calcule las fuerzas de compresión en la parte inferior de la espalda que se experimentan en el desempeño de esta tarea mediante el Programa para predecir la resistencia estática 3D de la Universidad de Michigan. 4. Un hombre que pertenece al 95avo percentil sostiene una carga de 20 libras con su brazo estirado con una abducción de 90°. ¿Cuál es la torsión voluntaria que se necesita en el hombro para poder sostener esta carga? 5. Un trabajador palea arena a una velocidad de 8 kcal/min. ¿Qué cantidad de descanso necesita durante un turno de 8 horas? ¿Cómo debe distribuirse dicho descanso? 6. Un problema actual en el ejército de Estados Unidos es la fatiga cuello/hombro que experimentan los pilotos de helicóptero. Para poder realizar misiones nocturnas, los pilotos usan lentes de visión nocturna, los cuales están sujetos a la parte frontal del casco. Desafortunadamente, son muy pesados, lo que provoca una torsión signiicativa hacia abajo de la cabeza. Esta torsión debe ser contrarrestada por los músculos del cuello, los cuales se fatigan. Para contrarrestar este problema, muchos pilotos Referencias sujetan pesos de plomo de manera aleatoria a la parte trasera del casco. Encuentre el peso apropiado que equilibre mejor la cabeza y minimice la fatiga en el cuello. Supuestos: a) el cg de los lentes está a 8 pulgadas al frente del punto de giro del cuello; b) los lentes pesan 2 libras; c) por naturaleza, la torsión máxima del cuello es de 480 pulgadas⋅libra; d) el cg del peso de plomo está 5 pulgadas abajo del punto de giro del cuello; e) el casco pesa 4 libras; y f ) el cg del casco está 0.5 pulgadas al frente del pivote del cuello. 7. El operario de una operación carga en tarimas se ha quejado de la fatiga y la falta de descanso. Usted mide su ritmo cardiaco y se percata de que es de 130 latidos/minuto, nivel que baja lentamente durante el trabajo. Cuando se sienta, su ritmo cardiaco decrece a 125 latidos/minuto al inal del primer minuto de descanso y a 120 latidos/minuto al inal del tercer minuto. ¿Qué conclusiones puede obtener al respecto? 8. El sindicato de Dorben, Co. ha interpuesto una queja contra la estación de inspección inal, en la que el operario levanta ligeramente una pieza de 20 libras, examina todos sus lados y, si es aceptable, la coloca sobre la banda transportadora que la lleva a la estación de empacado. En promedio, el inspector examina cinco piezas por minuto, a un nivel de consumo de energía de 6 kcal/min. La banda transportadora está a 40 pulgadas por encima del piso y la pieza aproximadamente a 20 pulgadas del inspector cuando es revisada. Evalúe el trabajo respecto a las pautas de levantamiento del NIOSH y a las consideraciones de consumo de energía metabólica. Indique si el trabajo excede los límites permitidos. Si es así, calcule cuántas piezas por minuto puede revisar el inspector sin exceder las pautas aceptables. 9. Un trabajador relativamente fuera de forma con un ritmo cardiaco en reposo de 80 latidos/min comienza a trabajar en la colocación de cajas sobre una tarima. Durante el descanso matinal, un ingeniero industrial mide rápidamente el ritmo cardiaco del trabajador y encuentra un valor pico de 110 latidos/min, un valor de 105 latidos/min un minuto después de que ha dejado de trabajar y un valor de 95 latidos/min 3 minutos después de que ha dejado de trabajar. ¿Qué conclusiones puede usted obtener respecto a la carga de trabajo de este operario? REFERENCIAS Åstrand, P. O. y K. Rodahl, Textbook of Work Physiology, 3a. ed. Nueva York: McGraw-Hill, 1986. Bink, B., “The Physical Working Capacity in Relation to Working Time and Age”, en Ergonomics, 5, núm. 1 (enero de 1962), pp. 25-28. Borg, G. y H. 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(http://www.umichergo.org) Design Tools (disponible en el sitio de Internet de McGraw-Hill www.mhhe.com/neibel-freivalds), Nueva York: McGraw-Hill, 2002. Energy Expenditure Prediction Program. Software de la Universidad de Michigan, 475 E. Jefferson, Room 2354, Ann Arbor, MI 48109. (http://www.umichergo.org) Ergointelligence (Manual Material Handling). Nexgen Ergonomics, 3400 de Maisonneuve Blvd. West, Suite 1430, Montreal, Quebec, Canadá H3Z 3B8. (http://www.nexgenergo.com/) ErgoTRACK (NIOSH Lifting Equation). ErgoTrack.com, P.O. Box 787, Carrboro, NC 27510. 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En lugar de dedicar una gran cantidad de espacio a la teoría en la que se basa la psicología, capacidades y limitaciones del ser humano, este capítulo presenta los principios del diseño del trabajo y las listas de veriicación apropiadas con el in de facilitar el uso de dichos principios de diseño. Junto con cada uno de los principios de diseño, se proporciona una breve explicación de su origen o su relación con los seres humanos. Esta técnica ayuda a los analistas de métodos a diseñar el lugar de trabajo, el equipo y las herramientas para cumplir los objetivos simultáneos de 1) lograr una mayor producción y eiciencia operativas y 2) reducir la cantidad de lesiones que sufren los operadores. 5.1 ANTROPOMETRÍA Y DISEÑO El lineamiento principal es diseñar el lugar de trabajo para proporcionar espacio a más individuos respecto al tamaño y estructura del cuerpo humano. La ciencia de la medición del cuerpo humano se llama antropometría y, por lo general, utiliza una gran cantidad de dispositivos parecidos a los calibradores para medir las dimensiones estructurales, por ejemplo, la estatura y la longitud del antebrazo. Sin embargo, en la práctica, sólo una pequeña cantidad de ergonomistas e ingenieros recaban sus propios datos, debido a la enorme cantidad de información que ya ha sido recolectada y tabulada. Cerca de 1 000 dimensiones diferentes del cuerpo humano de cerca de 100 tipos de población, la mayoría militar, se encuentran disponibles en el desactualizado libro Manual de Recursos Antropométrica (Webb Associates, 1978). En fechas más recientes, el proyecto CAESAR (Investigación Antropométrica Supericial Civil Estadounidense y Europeo) recabó más de 100 medidas de 5 000 civiles mediante el uso de exploraciones tridimensionales del cuerpo humano. En la tabla 5.1 se proporciona un resumen de las mediciones útiles que se aplican a ciertas posturas necesarias para diseñar 139 139 140 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas CAPÍTULO 5 Estatura (altura) (1) Altura de los ojos (2) Altura a los hombros (3) Profundidad del pecho (13) Altura a los codos (4) Altura sentado (erguido) (6) Altura a los ojos, sentado (7) Altura al descanso de los codos (8) Distancia de codo a codo (14) Altura libre hasta los muslos (9) Altura a las rodillas (10) Altura de los nudillos (5) Ancho de las caderas (15) Distancia de los glúteos a las rodillas (11) Altura poplítea (12) Tabla 5.1 Dimensiones y pesos de cuerpos seleccionados de civiles adultos en Estados Unidos. Dimensiones corporales 1. Estatura (altura) 2. Altura de los ojos 3. Altura a los hombros 4. Altura a los codos 5. Altura de los nudillos 6. Altura, sentado 7. Altura a los ojos, sentado 8. Altura al descanso de los codos, sentado 9. Altura libre hasta los muslos 10. Altura hasta las rodillas, sentado 11. Distancia de los glúteos a las rodillas, sentado 12. Altura poplítea, sentado 13. Profundidad del pecho 14. Distancia de codo a codo 15. Ancho de las caderas, sentado X. Peso (libras y kilogramos) Fuente: Kroemer, 1989. Dimensión (pulgadas) Dimensión (centímetros) Sexo 5a. 50ava. 95ava. 5a. 50ava. 95ava. Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer Hombre Mujer 63.7 58.9 59.5 54.4 52.1 47.7 39.4 36.9 27.5 25.3 33.1 30.9 28.6 26.6 7.5 7.1 4.5 4.2 19.4 17.8 21.3 20.4 68.3 63.2 63.9 58.6 56.2 51.6 43.3 39.8 29.7 27.6 35.7 33.5 30.9 28.9 9.6 9.2 5.7 5.4 21.4 19.6 23.4 22.4 72.6 67.4 68.0 62.7 60.0 55.9 46.9 42.8 31.7 29.9 38.1 35.7 33.2 30.9 11.6 11.1 7.0 6.9 23.3 21.5 25.3 24.6 161.8 149.5 151.1 138.3 132.3 121.1 100.0 93.6 69.8 64.3 84.2 78.6 72.6 67.5 19.0 18.1 11.4 10.6 49.3 45.2 54.0 51.8 173.6 160.5 162.4 148.9 142.8 131.1 109.9 101.2 75.4 70.2 90.6 85.0 78.6 73.3 24.3 23.3 14.4 13.7 54.3 49.8 59.4 56.9 184.4 171.3 172.7 159.3 152.4 141.9 119.0 108.8 80.4 75.9 96.7 90.7 84.4 78.5 29.4 28.1 17.7 17.5 59.3 54.5 64.2 62.5 Hombre 15.4 Mujer 14.0 Hombre 8.4 Mujer 8.4 Hombre 13.8 Mujer 12.4 Hombre 12.1 Mujer 12.3 Hombre 123.6 Mujer 101.6 17.4 15.7 9.5 9.5 16.4 15.1 13.9 14.3 162.8 134.4 19.2 17.4 10.9 11.7 19.9 19.3 16.0 17.2 213.6 197.8 39.2 35.5 21.4 21.4 35.0 31.5 30.8 31.2 56.2 46.2 44.2 39.8 24.2 24.2 41.7 38.4 35.4 36.4 74.0 61.1 48.8 44.3 27.6 29.7 50.6 49.1 40.6 43.7 97.1 89.9 5.1 EJEMPLO 5.1 Distribuciones de probabilidad y percentiles Un kavo percentil se deine como un valor tal que k por ciento de los valores de los datos (graicados en orden ascendente) están en dicho valor o por abajo del mismo, mientras que 100-k por ciento de los valores de los datos están en este valor o por arriba de él. La gráica de histograma de las estaturas de hombres adultos de Estados Unidos muestra una curva en forma de campana, llamada distribución normal, con un valor medio de 68.3 pulgadas (vea la igura 5.1). Éste es también el valor percentil 50avo; por ejemplo, la mitad de la totalidad de los hombres tienen una estatura inferior a 68.3 pulgadas, mientras que la mitad son más altos. El 5o. percentil de hombres sólo tiene una estatura de 63.7 pulgadas, mientras que la del 95avo. percentil es de 72.6 pulgadas. La demostración de esta airmación es la siguiente. Por lo general, desde el punto de vista estadístico, la curva con la forma que se aproxima a la de una campana se normaliza mediante la transformación z ⫽ (x)/ donde   media   desviación estándar (medida de dispersión) para formar una distribución normal estándar (también llamada distribución z; vea la igura 5.2). Una vez normalizada, cualquier distribución de población cuya forma se aproxime a la de una campana tendrá las mismas propiedades estadísticas. Esto permite un cálculo fácil de cualquier valor percentil deseado, mediante el uso de los valores k y z apropiados, de la manera siguiente: avo percentil valor de z 10 o 90 1.28 5 o 95 1.645 2.5 o 97.5 1.96 1 o 99 2.33 kavo percentil    z Como la estatura media de los hombres en Estados Unidos es de 68.3 pulgadas (173.6 cm), mientras que la desviación estándar es de 2.71 pulgadas (6.9 cm)(Webb Associates, 1978), el 95avo. percentil de la estatura de los hombres se calcula como 68.3  1.645(2.71)  72.76 pulgadas mientras que el 5o. percentil de la estatura de los hombres es 68.3  1.645(2.71)  63.84 pulgadas Área sombreada = 5% 68.3 63.7 141 Antropometría y diseño 72.6 Figura 5.1 Distribución normal de las estaturas de hombres adultos en Estados Unidos. Observe que los valores calculados 72.76 y 63.84 no son exactamente iguales a los valores reales de 72.6 y 63.7 pulgadas. Esta diferencia se debe a que la distribución de estaturas de los hombres en Estados Unidos no es una distribución totalmente normal. (continúa) 142 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas Curva z Área sombreada  5% Área sombreada  5% 0 1.645  5o. percentil  z .05 z  95avo. percentil  1.645 .05 Figura 5.2 Distribución normal estándar de pesos de hombres. el lugar de trabajo de hombres y mujeres estadounidenses. Una gran parte de los datos antropométricos se incluye en modelos humanos computarizados tales como COMBIMAN, Jack, MannequinPro y Safeworks que proporcionan ajustes de tamaño fáciles de realizar y limitaciones de los rangos del movimiento o visibilidad como parte del proceso de diseño asistido por computadora. DISEÑO PARA LOS EXTREMOS Diseñar para la mayoría de los individuos es un método que involucra el uso de uno de tres principios de diseño especíicos diferentes, determinado por el tipo de problema de diseño. El diseño para los extremos implica que una característica de diseño especíica representa un factor limitante en la determinación del valor máximo o mínimo de la variable poblacional que se calculará. Por ejemplo, los espacios libres en las puertas o la entrada a un tanque de almacenamiento deben diseñarse para que quepa el individuo de mayor altura, esto es, para una estatura o ancho de espaldas de los hombres del 95avo. percentil. Entonces, 95% de los hombres y de casi todas las mujeres podrán pasar a través de la puerta. Evidentemente, tratándose de puertas, por lo general el espacio no es un factor muy importante, y la puerta puede diseñarse para dar cabida a personas aun de mayor estatura. Por otro lado, la adición de espacio en naves o submarinos militares es costosa, por lo cual dichas áreas se diseñan para dar cabida sólo a personas de cierto rango (más pequeñas). Los alcances, para cuestiones como pedales de frenos o botones de control, se diseñan para las personas con tamaño mínimo, esto es, una longitud de brazos y piernas del 5o. percentil. En consecuencia, 95% de todas las mujeres y prácticamente todos los hombres tendrán un alcance mayor y, por ende, podrán activar el pedal o el control. DISEÑO PARA LA AJUSTABILIDAD Por lo general, el diseño para la ajustabilidad se utiliza en equipo e instalaciones que puedan ajustarse para que quepa una amplia gama de personas. Sillas, mesas, escritorios, asientos de vehículos, columnas de dirección y soportes de herramientas son dispositivos que se ajustan para que puedan ser manejados por la población trabajadora cuyo rango es del 5o. percentil de mujeres al 95avo. percentil de hombres. Evidentemente, el diseño para la ajustabilidad es el método de diseño preferido, pero existe un compromiso con el costo de implantación. (Los rangos especíicos de ajuste del diseño de asientos se proporcionan más adelante en la tabla 5.2.) DISEÑO PARA EL TAMAÑO PROMEDIO El diseño para el tamaño promedio representa el método más barato, pero es el que menos se preiere. A pesar de que no existe una persona con las dimensiones promedio, hay ciertas situaciones donde resultaría impráctico o muy costoso incluir la ajustabilidad en todos los aspectos. Por ejemplo, la mayoría de las máquinas industriales son demasiado grandes y pesadas para que puedan ajustarse a la estatura del operador. Diseñar la altura operativa del 50avo. percentil de la altura del codo para la población combinada de hombres y mujeres (aproximadamente el promedio de los valores 50avo. percentil de hombres y mujeres) signiica que la mayoría de las personas no tendrán ningún problema 5.2 Principios del diseño de trabajo: el lugar de trabajo para caber. Sin embargo, un hombre excepcionalmente alto o una mujer muy baja podría experimentar una postura poco cómoda. CONSIDERACIONES PRÁCTICAS Por último, el diseñador industrial debe también considerar las ramiicaciones legales del diseño del trabajo. Debido al avance de la ley de 1990 de los Estadounidenses con Discapacidades (vea la sección 9.6), se debe realizar un esfuerzo razonable con el in de diseñar para las personas con todas las habilidades. Se han publicado lineamientos especiales para accesibilidad (Departamento de Justicia de Estados Unidos, 1991) respecto a los lotes de estacionamiento y entradas a los ediicios, áreas de reunión, pasillos, rampas, elevadores, puertas, fuentes de agua, sanitarios, instalaciones de restaurantes y cafeterías, alarmas y teléfonos. Es también muy útil, práctico y rentable construir un modelo a escala real del equipo o instalación que se desea diseñar con el in de que posteriormente los usuarios evalúen dicho modelo. Por lo general, las mediciones antropométricas se realizan en posturas estándar. En la vida real, las personas se encorvan o toman posturas muy relajadas, cambiando las dimensiones vigentes y el último diseño. Debido a la falta de evaluación de modelos se han cometido errores muy costosos durante la producción. En el ejemplo 5.2, el diseño inal da cabida a más de 95% de la población, lo que da como resultado un incremento de la altura mayor que el necesario. El diseño debió haber utilizado las dimensiones corporales de la población combinada de hombres y mujeres. Sin embargo, dichos datos combinados están disponibles muy raramente. Los datos pueden generarse a través de técnicas estadísticas, pero el método general de diseño es suiciente en la mayoría de las aplicaciones industriales. 5.2 PRINCIPIOS DEL DISEÑO DE TRABAJO: EL LUGAR DE TRABAJO DETERMINE LA ALTURA DE LA SUPERFICIE DEL TRABAJO A TRAVÉS DE LA ALTURA DE LOS CODOS La altura de la supericie de trabajo (ya sea que el empleado esté sentado o parado) debe determinarse con base en una postura de trabajo cómoda para el operador. Por lo general, esto signiica que los brazos superiores deben colgar de forma natural y los codos lexionarse a 90° de tal manera que los antebrazos estén paralelos respecto al piso (vea la igura 5.4). La altura del codo se convierte en la operación adecuada o altura de la supericie de trabajo. Si ésta es muy elevada, los brazos superiores se abducen, lo cual conduce a la fatiga del hombro. Si es muy baja, el cuello y la espalda se lexionan hacia adelante, lo cual produce fatiga en la espalda. AJUSTE LA ALTURA DE LA SUPERFICIE DE TRABAJO CON BASE EN LA TAREA QUE SE REALIZA Existen modiicaciones a este principio. Para un ensamble que involucra el levantamiento de partes pesadas, representa una gran ventaja bajar la supericie de trabajo 8 pulgadas (20 cm) para utilizar los músculos más fuertes del tronco (vea la igura 5.5). En el caso de un ensamble ino que involucra detalles visuales muy pequeños, resulta de gran utilidad elevar la supericie de trabajo 8 pulgadas (20 cm) para acercar los detalles a la línea de vista óptima de 15° (principio del capítulo 4). Otra alternativa, probablemente mejor, es inclinar la supericie de trabajo aproximadamente 15°, y así cumplir con ambos principios. Sin embargo, las piezas redondas tenderán a rodar sobre la supericie. Estos principios también se aplican a una estación de trabajo ija. Un gran número de tareas, como la escritura y el ensamble, se pueden llevar a cabo de una mejor manera a la altura de descanso del codo. Si la tarea requiere la percepción del detalle ino, puede ser necesario elevar el trabajo para acercarlo a los ojos. Las estaciones de trabajo ijas deben contar con asientos y descansa pies ajustables (vea la igura 5.6). De forma ideal, después de que el operador se haya sentado cómodamente con ambos pies sobre el piso, la supericie de trabajo se coloca a la altura del codo adecuada para realizar la operación. Por lo tanto, la estación de trabajo también debe ser ajustable. Los operadores de 143 144 CAPÍTULO 5 EJEMPLO 5.2 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas Diseño de los asientos en una sala de entrenamiento de gran tamaño Este ejemplo le mostrará los procedimientos paso a paso que se utilizan en un problema típico de diseño: colocar los asientos en una sala de entrenamiento industrial de tal forma que la mayoría de las personas puedan tener una vista libre de obstrucciones del conferencista y la pantalla (vea la igura 5.3). 1. Determine las dimensiones del cuerpo críticas para el diseño: altura del asiento, erguida; y altura de la vista, sentado. 2. Deina la población a la que se le dará servicio: hombres y mujeres adultos de Estados Unidos. 3. Seleccione un principio de diseño y el porcentaje de la población que deberá caber: Diseñar para los casos extremos y dar acomodo a 95% de la población. El principio clave consiste en permitir que el 5o. percentil de mujeres sentadas detrás del 95avo. percentil de hombres tenga una línea de vista sin obstáculos. 4. Determine los valores antropométricos apropiados de la tabla 5.1. La altura de los ojos del 5o. percentil de las mujeres sentadas es de 26.6 pulgadas (67.5 cm), mientras que la altura del 95avo. percentil de los hombres sentados en posición erguida es de 38.1 pulgadas (96.7 cm). Por lo tanto, para que una mujer de tamaño pequeño pueda ver sobre el hombre grande, es necesaria una altura de 11.5 pulgadas (29.2 cm) entre las dos ilas. Esta diferencia podría representar una gran altura, la cual podría dar lugar a una pendiente muy abrupta. Por lo tanto, típicamente, los asientos están escalonados, de tal forma que la persona ubicada en la parte de atrás pueda mirar sobre la cabeza de una persona que está dos ilas enfrente, lo cual reduce la altura a la mitad. 5. Agregue tolerancias y pruebe. Se ha realizado un gran número de mediciones antropométricas en cuerpos humanos desnudos. Por lo tanto, se deben considerar las tolerancias necesarias para permitir ropa gruesa, sombreros y zapatos. Por ejemplo, si los estudiantes van a utilizar sombreros durante una sesión, será necesario elevar la altura 2 o 3 pulgadas adicionales. Sería mucho más práctico quitarse el sombrero en la sala de entrenamiento. 5o. percentil de mujeres 95avo. percentil de hombres { Altura de elevación Figura 5.3 Diseño de asientos en una sala de entrenamiento grande baja estatura cuyos pies no alcancen el piso, aun después de haber ajustado la silla, deben utilizar un descansa pies con el in de proporcionar un soporte para sus extremidades inferiores. PROPORCIONE UNA SILLA CÓMODA AL OPERADOR El estar sentado es importante desde el punto de vista de la reducción del estrés en los pies y del consumo total de energía. Debido a que la comodidad es una respuesta muy personal, el establecimiento de principios estrictos del buen sentarse son difíciles de deinir de alguna manera. Además, algunas sillas se adaptan cómodamente a muchas posturas posibles para sentarse (vea la igura 5.7). Sin embargo, algunos principios generales son válidos para todos los asientos. Cuando una persona se encuentra parada de manera erguida, la porción lumbar de la espina (la pequeña parte 5.2 145 Principios del diseño de trabajo: el lugar de trabajo Altura del trabajo 90ⴗ Altura del codo con respecto a la superficie del piso Altura de la herramienta Figura 5.4 Ayuda gráfica para determinar la altura correcta de la superficie de trabajo. 15ⴗ 8 Height of objects Altura de los objetos handled quebeing se están manejando Altura óptima de trabajo de las manos 15ⴗ Espacio libre para las rodillas 10 cm (4 pulgadas) a) 4 b) 0 c) 4 Altura libre total 203 cm (80 pulgadas) 8 Pulgadas con respecto a la altura del codo en descanso (De: Putz-Anderson, 1988.) Altura de la superficie de trabajo Nivel del piso Figura 5.5 Dimensiones recomendadas del lugar de trabajo de pie. a) Para realizar un trabajo de precisión con descansa-brazos, b) para ensamble ligero, c) para trabajo pesado. Altura libre Profundidad del pie libre para el pie 10 cm (4 pulgadas) 3 cm (5 pulgadas) F M K L B C D G N E J A I H Figura 5.6 Silla ajustable (los valores específicos de los parámetros de la silla se pueden encontrar en la tabla 5.2). Vista lateral 146 CAPÍTULO 5 Tabla 5.2 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas Rangos de ajuste recomendados para los asientos Parámetro del asiento A: Altura del asiento B: Profundidad del asiento C: Ancho del asiento D: Ángulo del asiento E: Ángulo entre el respaldo y el asiento F: Ancho del respaldo del asiento G: Soporte lumbar Valor de diseño [Pulgadas (centímetros) a menos que se especifique otra cosa] Comentarios 16–20.5 (40–52) 15–17 (38–43) 18.2 ( 46.2) 10°– 10° 90° 12 ( 30.5) 6–9 (15–23) H: Altura del descanso 1–9 (2.5–23) para los pies I: Profundidad del 12 (30.5) descanso para los pies J: Distancia del 16.5 (42) descanso para los pies K: Espacio libre 26 (66) para las piernas L: Altura de la ~32 (~81) superficie de trabajo M: Grosor de la 2 ( 5) superficie de trabajo N: Espacio libre para los muslos 8 ( 20) Muy alto: muslos comprimidos; muy bajo: aumenta la presión en los discos Muy largo: corta la región popliteal, utilice contorno de cascada Se recomienda el uso de asientos más anchos para personas más pesadas La inclinación hacia abajo requiere de una mayor fricción de la tela preferible 105°, sin embargo, requiere de modificaciones en la estación de trabajo Medidos en la región lumbar La altura vertical con respecto al asiento se expande hacia el centro del soporte lumbar Determinado por la altura del codo en posición de descanso Valor máximo Valor mínimo Nota: A-G de la ANSI (1988); H-M de Eastman Kodak (1983). en la espalda, aproximadamente a la altura de la cintura) se curva de manera natural hacia adentro, lo cual se llama lordosis. Sin embargo, a medida que la persona se sienta, la pelvis gira hacia atrás, aplana la curva lordótica y aumenta la presión sobre los discos de la columna vertebral (vea la igura 5.8). Por lo tanto, es muy importante proporcionar soporte lumbar en la forma de un abultamiento hacia afuera en el respaldo del asiento, o aun un simple cojín lumbar colocado a nivel de la cintura. Otro método para evitar el aplastamiento de la curva lordótica implica reducir el giro pélvico para mantener un ángulo grande entre el torso y los muslos, vía un asiento inclinado hacia delante (postura de rodillas de la igura 5.7). La teoría sostiene que ésta es la postura que adoptan los astronautas en el ambiente ingrávido del espacio (vea la igura 4.4). La desventaja de este tipo de asiento es que puede agregar estrés en las rodillas. La adición de una perilla al asiento inclinado hacia adelante, para formar un asiento parecido a una silla de montar, representa una mejor técnica, ya que elimina la necesidad de tener soportes para las rodillas y aun permite tener un soporte para la espalda (vea la igura 5.9). PROPORCIONE AJUSTABILIDAD EN EL ASIENTO Un segundo aspecto que se debe considerar es la reducción de la presión en los discos, la cual puede aumentar de forma considerable cuando varía la inclinación del tronco hacia adelante. Reclinar el 5.2 Soporte frontal De rodillas Kneeling Reclinado BalanRe-balance ceado Principios del diseño de trabajo: el lugar de trabajo Banquillo ConvenTraditional cional Figura 5.7 Seis posturas básicas para sentarse. (De: Serber, 1990. Reimpreso con el permiso de la Sociedad de Ergonomía y Factores Humanos. Todos los derechos reservados.) Arco lordótico curveado hacia adentro Arco cifótico curvado hacia afuera Figura 5.8 Postura de la espina cuando la persona está parada y sentada. a) Parada b) Sentada La porción lumbar de la espina es lordótica cuando está parada a) y cifótica cuando está sentado b). Las vértebras sombreadas son la porción lumbar de la espina. (Fuente: Grandjean 1988, igura 47.) respaldo posterior respecto a la vertical tiene un efecto muy notorio en la reducción de las presiones en los discos (Andersson y cols., 1974). Desafortunadamente, hay una desventaja. Cuando aumentan los ángulos, se hace más difícil mirar hacia abajo y realizar trabajo productivo. Otro factor es la necesidad de proporcionar un ajuste fácil a los parámetros especíicos del asiento. La altura del asiento es el más crítico, y la altura ideal se puede determinar por la altura poplítea de la persona, la cual se deine en la igura que acompaña a la tabla 5.1. Un asiento muy alto comprime la parte posterior de los muslos. Un asiento muy bajo eleva las rodillas a un nivel muy encumbrado e incómodo y reduce el ángulo del tronco, lo cual incrementa la presión en los discos. En la tabla 5.2 se proporcionan recomendaciones especíicas para la altura de los asientos y otros parámetros relacionados (los cuales se muestran en la igura 5.6). Además, se recomienda el uso de los descansabrazos para soportar las extremidades superiores y hombros y de los descansapies para personas de corta estatura. Las ruedas giratorias en las patas del asiento ayudan a realizar movimientos durante el ingreso/egreso de las estaciones de trabajo. Sin embargo, pueden presentarse situaciones donde sea más deseable utilizar una silla estacionaria. En general, la silla debe tener un ligero contorno, estar ligeramente acolchonada y estar cubierta por un forro de tela que permita la entrada de aire con el in de evitar la formación de humedad. Los cojines 147 148 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas Figura 5.9 Silla de montar. (Cortesía: Esta versión de la silla Nottingham se llama la Checkmate, y está fabricada por el Osmond Group: fotografía de Nigel Corlett. Para obtener información adicional acerca de la silla Nottingham consulte Nottinghamchair.com; acerca de la Checkmate, consulte el sitio ergonomics.co.uk y busque silla Checkmate.) sobrepuestos restringen la postura y pueden evitar una buena circulación de sangre en las piernas. En la igura 5.10 se muestra una persona en la postura de trabajo óptima así como su estación de trabajo. PROMUEVA LA FLEXIBILIDAD POSTURAL La altura de la estación de trabajo debe ser ajustable, de tal manera que el trabajo pueda realizarse de manera eiciente ya sea parado o sentado. El cuerpo humano no está diseñado para permanecer largos periodos sentado. Los discos entre las vértebras no cuentan con un suministro de sangre independiente, y dependen de los cambios de presión que resultan del movimiento para recibir los nutrientes y desechar el desperdicio. La rigidez de la postura también reduce el lujo sanguíneo hacia los músculos e induce la fatiga muscular y los calambres. Un compromiso alterno consiste en proporcionar un banco para sentarse/pararse de tal manera que el operador pueda cambiar posturas fácilmente. Dos características clave del banco para sentarse/pararse son el ajuste de la altura y una base de soporte grande de tal manera que el banco no se pare en una pata y, de preferencia, lo suicientemente grande para que los pies puedan descansar en dicha base y así equilibrar el banco (vea la igura 5.11). PROPORCIONE TAPETES ANTIFATIGA PARA EL OPERADOR DE PIE Permanecer parado sobre piso de cemento por largos periodos es muy fatigante. A los operadores se les debe proporcionar tapetes elásticos antifatiga. Dichos tapetes permiten que se lleven a cabo las pequeñas contracciones musculares en las piernas que obligan a que la sangre circule y evitan que tienda a estancarse en las extremidades inferiores. COLOQUE TODAS LAS HERRAMIENTAS Y MATERIALES DENTRO DEL ÁREA DE TRABAJO NORMAL En cada movimiento que se realiza está involucrada una distancia. A medida que dicha distancia es mayor, el esfuerzo muscular, control y tiempo son mayores. Por lo tanto, es importante minimizar 5.2 Brazos: Cuando las manos del operador se encuentran en el teclado, el brazo superior y el antebrazo deberán formar un ángulo recto; las manos deben estar alineadas respecto al antebrazo; si las manos forman un ángulo con respecto a la muñeca, trate de reducir la inclinación del teclado; los descansabrazos deben ser ajustables. Respaldo: Ajustable para variaciones ocasionales; la forma debe coincidir con el contorno de la parte inferior de la espalda para proporcionar una presión y soporte parejos. Principios del diseño de trabajo: el lugar de trabajo Teléfono: Colocar el receptor del teléfono entre la cabeza y el hombro puede provocar tensión muscular; una diadema hace posible que la cabeza y el cuello se mantengan en una posición erguida a la vez que permite usar las manos libremente. Pantalla: Colóquela de tal forma que el punto medio de la pantalla esté 15° por debajodel nivel de los ojos. Teclado: Coloque el teclado de tal forma que permita que las manos y los antebrazos conserven derechos y nivelados. Postura: Siéntese totalmente en la silla para obtener un soporte adecuado de la espalda; el cuello y la espalda deben estar cómodamente erguidos; las rodillas deben estar ligeramente por debajo de las caderas; no cruce las piernas o cargue su peso de un solo lado; déle a sus articulaciones y músculos la oportunidad de sentirse relajados; de manera periódica, levántese y póngase a caminar. Escritorio: Reduzca la superficie de trabajo para permitir suficiente espacio para las piernas y ajustes de la postura; de preferencia, la altura de la superficie debe ser ajustable; la mesa debe ser lo suficientemente grande para que quepan libros, archivos y el teléfono a la vez que permita que la pantalla, el teclado y el tapete del ratón tengan diferentes posiciones. Figura 5.10 Silla: Altura ajustable y que se pueda inclinar el respaldo; cojín firme; el frente tipo “cascada” ayuda a la circulación de la sangre por las piernas. Pies: Toda la planta del pie debe descansar cómodamente sobre el piso o el descansapies. Evite la tensión en los ojos: 1. Utilice lentes que le permitan enfocarse en la pantalla; mida la distancia antes de visitar al oculista. 2. Trate de colocar la pantalla o las lámparas de tal manera que la iluminación sea indirecta; no permita que la luz brille directamente sobre la pantalla o sus ojos. Estación de trabajo ajustada adecuadamente. Figura 5.11 Bancos industriales para sentarse/pararse. (Cortesía: BioFit, Waterville, OH.) Sujetador de documentos: Debe colocarse a la misma altura y distancia del usuario que la pantalla. 3. Utilice una pantalla que reduzca el reflejo. 4. De manera periódica, descanse sus ojos mirando lo más lejos que pueda. 149 150 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas CAPÍTULO 5 las distancias. El área de trabajo normal en el plano horizontal de la mano derecha incluye el área circunscrita por el brazo bajo el codo cuando se mueve para formar un arco que gira con respecto al codo (vea la igura 5.12). Esta área representa la zona más conveniente dentro de la cual se pueden realizar movimientos con la mano con un consumo normal de energía. El área normal de la mano izquierda se puede establecer de manera similar. Debido a que los movimientos se llevan a cabo en la tercera dimensión, así como en el plano horizontal, el área de trabajo normal también se aplica al plano vertical. El área normal relativa a la altura para la mano derecha incluye el área circunscrita por el brazo inferior en una posición vertical ijada en el codo moviéndose en forma de arco. Existe un área normal similar en el plano vertical (vea igura 5.13). UBICACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS Y MATERIALES PARA PERMITIR LA MEJOR SECUENCIA Cuando manejan un automóvil, las personas se familiarizan con el reducido tiempo que se requiere para aplicar el pedal del freno. La razón es obvia: puesto que dicho pedal está en una posición ija, no se requiere de tiempo para decidir dónde se localiza el freno. El cuerpo responde de manera instintiva y aplica presión al área donde el conductor sabe que se encuentra el pedal del freno. Si se modiica la ubicación de éste, el conductor necesitará un tiempo signiicativamente mayor para frenar el automóvil. De manera similar, proporcionar una ubicación ija a todas las herramientas y materiales en la estación de trabajo elimina, o al menos minimiza, las molestias que implica buscar y seleccionar los objetos que se necesitan para realizar un trabajo. Éstos son los therbligs Buscar y Seleccionar ineicientes que se analizaron en el capítulo 4 (consulte la igura 5.14). Ensamble Máximo Figura 5.12 Áreas de trabajo normales y máximas en el plano horizontal para mujeres (para los hombres, multiplique por 1.09) Normal Longitud del brazo Longitud del antebrazo Longitud del brazo superior Longitud de la mano Longitud de la articulación terminal (2o. dedo) .8" 24. 15 3" 1.3" 3.5" 2" 12.4" Máxima para el brazo extendido 28 " Normal para el antebrazo Figura 5.13 Áreas de trabajo normal y máxima en el plano vertical para mujeres (para los hombres, multiplique por 1.09). 16.7" 28" 10" 12" 6.7" 0.9" 5.2 Principios del diseño de trabajo: el lugar de trabajo Figura 5.14 Los sujetadores de herramienta proporcionan una ubicación fija de las herramientas. (Cortesía de Packers Kromer.) UTILICE CONTENEDORES POR GRAVEDAD Y ENTREGA POR CAÍDA PARA REDUCIR LOS TIEMPOS DE ALCANZAR Y MOVER El tiempo que se requiere para llevar a cabo las tareas de Alcanzar y Mover los therbligs de transporte es directamente proporcional a la distancia a la que se deben mover las manos cuando realizan estos therbligs. Mediante el uso de contenedores por gravedad, los componentes pueden acercarse continuamente al área normal de trabajo para eliminar los largos alcances que implica tomar estos materiales (vea la igura 5.15). De manera similar, las rampas por gravedad permiten colocar las partes terminadas dentro del área normal de trabajo y eliminar la necesidad de movimientos largos para hacerlo. A veces, los eyectores pueden quitar los productos terminados de manera automática. Las Figura 5.15 Estación de trabajo que utiliza contenedores por gravedad y una banda transportadora que reduce los tiempos de alcance y de movimientos. La banda transportadora en la parte posterior de la foto transporta otras partes además de las necesarias para esta estación de trabajo en particular. El operador alimenta dicha banda desde abajo de la plataforma con sólo dejar caer las partes ensambladas en la banda de alimentación (Fuente: Alden Systems Co.) 151 152 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas rampas de gravedad hacen posible mantener un área limpia, ya que el material terminado es transportado fuera del área de trabajo, en lugar de mantenerlo apilado en ella. Un contenedor colocado a una determinada altura con respecto a la supericie de trabajo (de tal manera que la mano pueda desplazarse parcialmente por debajo) reduce el tiempo que se requiere para llevar a cabo esta tarea de 10 a 15%, aproximadamente. DISPONGA DE MANERA ÓPTIMA LAS HERRAMIENTAS, CONTROLES Y OTROS COMPONENTES PARA MINIMIZAR LOS MOVIMIENTOS La disposición óptima depende de muchas características tanto humanas (fuerza, alcance, sensoriales) como de la tarea (cargas, repetición, orientación). Evidentemente, es imposible optimizar todos los factores. El diseñador debe establecer prioridades y hacer arreglos en cuanto a la disposición del lugar de trabajo. Sin embargo, deben seguirse ciertos principios básicos. Primero, es necesario que el diseñador considere la ubicación general de los componentes entre sí, utilizando los principios de importancia y frecuencia de uso. Los más importantes, como está determinado en las metas u objetivos generales o los que se utilizan con mayor frecuencia, deben colocarse en los lugares más convenientes. Por ejemplo, el botón de paro de emergencia de una actividad se debe colocar en una posición fácilmente visible, alcanzable y conveniente. De manera similar, un botón de activación que se utilice de manera regular, o los sujetadores que se emplean con mayor frecuencia, deben ubicarse dentro del alcance del operador. Una vez que se ha determinado la ubicación general de un grupo de componentes, esto es, las partes que se utilizan con mayor frecuencia durante el proceso de ensamble, se deben considerar los principios de funcionalidad y secuencia de uso. La funcionalidad se reiere a la agrupación de componentes por función similar, por ejemplo, todos los sujetadores en un área, todas las juntas y componentes de hule en otra. Puesto que muchos productos son ensamblados en una estricta secuencia, un ciclo después de otro, es muy importante colocar los componentes o subensambles en el orden en el que serán ensamblados, ya que ello tendrá un efecto enorme en la reducción de movimientos inútiles. El diseñador debe usar también el Planeador de coniguración sistemática de Muther (vea el capítulo 3) u otro tipo de técnicas de diagramación de coniguraciones adyacentes, con el in de desarrollar una comparación cuantitativa o relativa de varias disposiciones de componentes sobre una supericie de trabajo. Las relaciones entre los componentes pueden modiicarse a partir de información anterior respecto al lujo de un área a otra y debe incluir enlaces visuales (movimientos de los ojos), enlaces audibles (comunicación de voz o señales) y movimientos táctiles y de control. Estos principios de diseño de trabajo aplicables a las estaciones de trabajo se encuentran resumidos en la Lista de veriicación para evaluación de las estaciones de trabajo (vea la igura 5.16). El analista puede encontrar que este tema es de gran utilidad cuando se evalúan las estaciones de trabajo existentes o se desea implantar nuevas estaciones. 5.3 PRINCIPIOS DEL DISEÑO DE TRABAJO: MÁQUINAS Y EQUIPO REALICE MÚLTIPLES CORTES SIEMPRE QUE SEA POSIBLE COMBINANDO DOS O MÁS HERRAMIENTAS EN UNA O MEDIANTE LA REALIZACIÓN DE CORTES SIMULTÁNEOS DE AMBOS DISPOSITIVOS DE ALIMENTACIÓN La planeación avanzada de la producción para lograr una manufactura más eiciente incluye la realización de múltiples cortes mediante la combinación de herramientas y cortes simultáneos con herramientas diferentes. Desde luego, el tipo de trabajo que se va a procesar y el número de partes que se van a fabricar determinan la conveniencia de cortes combinados, tales como los cortes con la torreta cuadrada y la hexagonal. 5.3 153 Principios del diseño de trabajo: máquinas y equipo Estación de trabajo-sentado 1. ¿Se ajusta fácilmente la silla de acuerdo con las características siguientes?: a) ¿Es ajustable la altura de la silla de 15 a 22 pulgadas? b) ¿Tiene la silla una ancho mínimo de 18 pulgadas? c) ¿Es la profundidad de la silla de 15 a 16 pulgadas? d ) ¿Se puede reclinar la silla ±10º respecto a la horizontal? e) ¿Se proporciona un respaldo con soporte lumbar? f ) ¿Es el tamaño mínimo del respaldo de 8 × 12 pulgadas? g) ¿Puede moverse el respaldo de 7 a 10 pulgadas sobre el asiento? h) ¿Puede moverse el respaldo de 12 a 17 pulgadas con respecto al frente de la silla? i ) ¿Tiene la silla cinco patas de soporte? j ) ¿Tienen ruedas y cabezas giratorias para realizar tareas móviles? k ) ¿Puede respirar la cubierta de la silla? l ) ¿Se proporciona descansapies (grande, estable y ajustable en cuanto a altura e inclinación)? 2. ¿Se ha ajustado adecuadamente la silla? a) ¿Está ajustada la altura de la silla a la altura poplítea con los pies sobre el piso? b) ¿Existe un ángulo de aproximadamente 90º entre el tronco y los muslos? c) ¿Está el área lumbar del respaldo en la parte pequeña de la espalda (~línea de la cintura)? d ) ¿Hay suficiente espacio para las piernas (es decir, hacia la parte de atrás de la estación de trabajo)? 3. ¿Es ajustable la cubierta de la estación de trabajo? a) ¿Está la superficie de la estación de trabajo aproximadamente a la altura del descanso del codo? b) ¿Se puede bajar la superficie de 2 a 4 pulgadas para el trabajo pesado? c) ¿Se puede elevar (o inclinar) de 2 a 4 pulgadas para el ensamblado a detalle o para tareas en la que se requiera mucho la vista? d ) ¿Hay suficiente espacio para los muslos (es decir, con respecto al fondo de la superficie de trabajo)? 4. ¿Se alternan periodos de trabajo con periodos de descanso? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Estación de trabajo con computadora 1. ¿Se ha ajustado la silla, el teclado y el ratón y, por último, la pantalla? 2. ¿Está el teclado lo más bajo posible (sin que tope con las piernas)? a) ¿Están relajados los hombros, los brazos superiores cuelgan cómodamente y los antebrazos por debajo de la horizontal (es decir, el ángulo del codo es >90º)? b ) ¿Se utiliza una repisa para el teclado (es decir, por debajo de la superficie de escritura normal a 28 pulgadas)? c ) ¿Está reclinado el teclado hacia abajo de tal manera que se conserve una posición neutral de las muñecas? d ) ¿Está colocado el ratón en la cercanía del teclado a la misma altura? e ) ¿Se proporcionan descansabrazos (ajustables en cuanto a altura al menos 5 pulgadas)? f ) Si no se proporcionan descansabrazos, ¿se ofrecen descansamuñecas? 3. ¿Está colocada la pantalla de 16 a 39 pulgadas (aproximadamente la longitud del brazo) de distancia con respecto a los ojos? a) ¿Está la parte superior de la pantalla ligeramente por debajo del nivel de los ojos? b) ¿Está la parte inferior de la pantalla a aproximadamente 30º por debajo del nivel horizontal de los ojos? c) ¿Se encuentra la pantalla ubicada en un ángulo de 90º con respecto a las ventanas para minimizar el reflejo? d ) ¿Se pueden colocar cortinas o persianas en las ventanas con el fin de reducir la luz brillante? e ) ¿Está la pantalla lo suficientemente inclinada para minimizar las reflexiones de luz provenientes del techo? f ) Si todavía hay reflejo, ¿se utiliza un filtro antirreflejante? g ) ¿Se utiliza un soporte para documentos para copiar información de artículos? h ) ¿Está colocada la tarea visual principal (pantalla o documentos) directamente enfrente? Sí ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Estación de trabajo: parado 1. ¿Es ajustable la superficie de la estación de trabajo? a ) ¿Está la superficie de la estación de trabajo aproximadamente a la altura del descanso de los codos? b ) ¿Se puede bajar la superficie de 4 a 8 pulgadas para el ensamblado rudo? c ) ¿Está la superficie elevada de 4 a 8 pulgadas (o inclinada) para el ensamblado a detalle o para trabajos intensamente visuales? 2. ¿Hay suficiente espacio para las piernas? 3. ¿Se ofrece un banquillo para pararse/sentarse (con altura ajustable)? 4. ¿Se alternan periodos de pie con periodos sentado? Sí ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Figura 5.16 Lista de verificación para evaluar estaciones de trabajo. 154 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas UTILICE UN SOPORTE EN LUGAR DE LA MANO COMO DISPOSITIVO DE SUJECIÓN Si cualquiera de las manos se utiliza como dispositivo de sujeción durante el procesado de una pieza, dicha mano no lleva a cabo trabajo útil. Siempre se puede diseñar un soporte para sujetar el trabajo de manera satisfactoria, lo que permite que ambas manos realicen trabajo útil. Los accesorios no sólo ahorran tiempo en el procesado de las partes, sino que también permiten una mejor calidad debido a que el trabajo puede sujetarse de una manera más irme y precisa. Muchas veces, los mecanismos operados con los pies permiten que ambas manos lleven a cabo trabajo productivo. Un ejemplo ayuda a aclarar el principio de uso de un soporte, en lugar de las manos, para sujetar un trabajo. Una compañía que producía ventanas especiales necesitaba quitar una banda de 0.75 pulgadas de ancho de papel protector de las cuatro orillas de ambos lados de paneles de Lexan. El operador levanta una sola hoja de Lexan y la lleva al área de trabajo. Después toma un lápiz y una escuadra y marca las cuatro esquinas del panel. El lápiz y la escuadra se dejan a un lado y se levanta una plantilla que se coloca en las marcas realizadas con el lápiz. Posteriormente, el operador quita el papel protector del contorno de los paneles. El tiempo estándar desarrollado por el MTM-1 fue de 1.063 minutos por pieza. Un simple soporte de madera se desarrolló con el in de sostener tres paneles de Lexan a la vez que, a cada uno de ellos, se le quitaba el papel protector de 0.75 pulgadas de ancho de su periferia. Con el nuevo método, el trabajador tomaba tres hojas de Lexan y las colocaba en el accesorio (vea la igura 5.17). El papel protector se removía, las hojas se hacían girar 180º y el papel protector se quitaba de los dos lados que quedaban. Este método mejorado dio como resultado un tiempo estándar de 0.46 minutos por panel o, los que es lo mismo, ahorros de 0.603 minutos de trabajo por panel. UBIQUE TODOS LOS DISPOSITIVOS DE CONTROL PARA OBTENER UN MEJOR ACCESO Y MAYOR FUERZA POR PARTE DEL OPERADOR Un gran número de máquinas herramienta y otros dispositivos son perfectos desde el punto de vista mecánico, pero no se puede llevar a cabo con ellos una operación eiciente debido a que el diseñador pasó por alto varios factores humanos. Botones, manivelas y palancas deben tener un tamaño y colocarse en posiciones tales que los operadores puedan manipularlas con la mayor facilidad y la mínima fatiga. Los controles que se utilizan con mucha frecuencia deben colocarse a una altura media entre el codo y el hombro; los operadores sentados pueden aplicar la máxima fuerza a las palancas que se encuentran a la altura del codo; los que están parados, a las palancas ubicadas a la altura de los hombros. Los diámetros de los manubrios volantes y manivelas dependen de la torsión al que se van a someter y de la posición de montado. Los diámetros máximos de las agarraderas manuales dependen de las fuerzas que se van a ejercer. Por ejemplo, para una fuerza de 10 a 15 libras (4.5 a 6 kg), el diámetro no debe ser menor a 0.25 pulgadas (0.6 cm), y preferentemente más grandes; para una fuerza de 15 a 25 libras (6.8 a 11.4 kg), debe utilizarse un mínimo de 0.5 pulgadas (1.3 cm); y para una fuerza de 25 libras o más (11.4 kg), un mínimo de 0.75 pulgadas (1.9 cm). Sin embargo, los diámetros no deben ser mayores a 1.5 pulgadas (3.8 cm) y la longitud de la agarradera debe ser de al menos 4 pulgadas (10 cm), para que el ancho de la mano pueda caber sin problemas. Hojas de Lexan Bisagra 3/4" 3/4" Figura 5.17 Accesorio para remover papel protector de ¾ de pulgada de ancho en la periferia de las hojas Lexan. Tapa 5.3 Principios del diseño de trabajo: máquinas y equipo Los lineamientos respecto a los radios de las manivelas y los manubrios volantes son las siguientes: para cargas ligeras, radios de 3 a 5 pulgadas (7.6 a 12.7 cm); para cargas medianas a pesadas, radios de 4 a 7 pulgadas (10.2 a 17.8 cm); para cargas muy pesadas, radio de más de 8 pulgadas (20 cm), pero no mayores a 20 pulgadas (51 cm). Los diámetros de la perilla de 0.5 a 2 pulgadas (1.3 a 5.1 cm) son generalmente satisfactorios. Los diámetros de las pareillas se deben incrementar a medida que sean necesarias torsiones mayores. UTILICE LA CODIFICACIÓN POR FORMA, TEXTURA Y TAMAÑO PARA IDENTIFICAR LOS CONTROLES La codiicación por forma, que utilice coniguraciones geométricas de dos o tres dimensiones, permite la identiicación tanto por medio del tacto como visual. Este arreglo es especialmente útil en condiciones de baja intensidad luminosa o en situaciones donde se desea identiicación redundante o de doble calidad, lo que ayuda a minimizar los errores. La codiicación por forma permite el uso de un número relativamente grande de formas diferentes. En la igura 5.18 se muestra un conjunto especialmente útil de formas conocidas que casi nunca se confunden. Los botones de rotación múltiple se utilizan para los controles continuos en los que el rango de ajuste es mayor a una vuelta completa. Clase A Rotación múltiple Clase B Rotación fraccional Clase C Posición de detención a) Tipos de rotación b) Forma de los botones A B Parejo C Estriado D E F G H I J Moletendo c) Textura de los botones Figura 5.18 Ejemplos de diseños de perillas para tres clases de uso que prácticamente nunca se confunden a través del tacto. El diámetro o longitud de dichos controles debe estar entre 0.5 y 4.0 pulgadas (1.3 y 10 cm), excepto para la clase C, donde 0.75 pulgadas (1.9 cm) es el mínimo sugerido. La altura debe estar entre 0.5 y 1 pulgada (1.3 y 2.5 cm). (a&b) Adaptado de Hunt, © 1953 Fuente: Bradley, 1967. 155 156 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas Los botones de rotación fraccional se emplean para controles continuos con rangos menores a una vuelta completa, mientras que los botones de posicionamiento de seguro son convenientes para ijar parámetros discretos. Además de la forma, la textura de la supericie puede permitir la discriminación por tacto. Por lo general, las texturas plana, estriada y moleteada se confunden muy rara vez. Sin embargo, a medida que el número de formas y texturas aumenta, la discriminación puede ser difícil y lenta en el caso en el que el operador deba identiicar los controles sin usar la vista. Si se le obliga a utilizar guantes, la codiicación por forma únicamente es deseable para la discriminación visual o la discriminación mediante el tacto de sólo dos de cuatro formas. La codiicación por tamaño, de manera análoga a la codiicación por forma, permite la identiicación visual mediante el tacto de los controles. Este tipo de codiicación se utiliza principalmente cuando los operadores no pueden ver los controles. Desde luego, como es el caso de la codiicación por forma, la codiicación por tamaño permite la codiicación redundante, puesto que los controles pueden ser diferenciados ya sea mediante el tacto o la vista. En general, trate de limitar las categorías de tamaño a tres o cuatro, con al menos una diferencia de tamaño de 0.5 pulgadas entre los controles. La codiicación operativa que requiera un solo movimiento (por ejemplo, invertir la marcha) es particularmente útil para controles críticos que no deban activarse de manera inadvertida. Tabla 5.3 Criterios para el tamaño de los controles Tamaño del control Control Botón de opresión Yemas de los dedos Dedo pulgar/palma Pie Interruptor de disparo Selector de rotación Botón de ajuste continuo Dedo/dedo pulgar Mano/palma Manivelas por velocidad por fuerza Perilla de mano Perilla de dedo Manija de palanca Pedal de la manivela Válvulas manual Mínimo (mm) Máximo (mm) Diámetro Diámetro Diámetro Diámetro de la punta Longitud del cuerpo de la palanca Longitud Ancho Profundidad 13 19 8 3 * * * 25 13 25 * 16 50 * 25 * Profundidad Diámetro Profundidad Diámetro Radio Radio Diámetro Grosor del contorno Diámetro Ancho Protuberancia de la superficie Diámetro Diámetro Área de la agarradera Longitud Ancho Diámetro de 75 pulgadas por pulgada del tamaño de la válvula. 13 10 19 38 13 13 175 19 38 * 25 100 * 75 113 500 525 50 * * 3 13 38 75 88 25 * 75 75 * † † Dimensión Dedo Mano * No está fijado un límite relacionado con el desempeño del operador. † Depende del espacio disponible. 5.3 Principios del diseño de trabajo: máquinas y equipo Tabla 5.4 Criterios para el desplazamiento de los controles Desplazamiento Control Botones de opresión Interruptor de disparo Selector de rotación Condición Mínimo Operación con el dedo pulgar/yema de los dedos Pies normal Bota pesada Sólo flexión del tobillo Movimiento de la pierna 3 mm 13 mm 25 mm — — 25 mm — — 63 mm 100 mm Entre posiciones adyacentes Total 30° — — 120° Entre posiciones de fiadores: Visual No visual Para facilitar el desempeño Cuando se requiera de ingeniería especial 15° 30° — — — — 40° 90° Perilla de ajuste continuo Determinado por la relación control/pantalla deseada (mm de movimiento de control por cada mm de movimiento de la pantalla) Manivela Determinado por la relación control/pantalla deseada. Perilla de mano Determinado por la relación control/pantalla deseada 90°-120°† Perilla de dedo Determinado por el número de posiciones Manija de palanca Pedales Movimiento hacia adelante Movimiento lateral Normal Bota pesada Flexión del tobillo (levantado) Movimiento de las piernas * * 13 mm 25 mm — — Máximo 350 mm 950 mm — — 63 mm 175 mm *Ningún valor establecido. †Siempre y cuando la relación óptima control/pantalla no sea afectada. UTILICE EL TAMAÑO, DESPLAZAMIENTO Y RESISTENCIA APROPIADOS DEL CONTROL En sus asignaciones de trabajo, los operadores utilizan de manera continua diferentes tipos y diseños de controles. Los tres parámetros que tienen gran inluencia en el desempeño son el tamaño del control, la relación control-respuesta y la resistencia del control cuando se encuentra activado. Un control que sea muy pequeño o muy grande no puede activarse de manera eiciente. Las tablas 5.3, 5.4 y 5.5 proporcionan información útil de diseño respecto a las dimensiones mínima y máxima de los diferentes mecanismos de control. La relación control-respuesta (C/R) se deine como la cantidad de movimiento de un control dividida entre la cantidad de movimiento de la respuesta (vea la igura 5.19). Un valor reducido del cociente C/R indica una alta sensibilidad como, por ejemplo, en el ajuste burdo de un micrómetro. Una relación C/R elevada signiica baja sensibilidad, situación que se presenta en el ajuste ino de un micrómetro. El movimiento general de los controles depende de la 157 158 CAPÍTULO 5 Tabla 5.5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas Criterios para la resistencia de los controles Resistencia Control Botones de opresión Interruptor de disparo Selector de rotación Botón de ajuste continuo Manivela Botón manual† Botón de dedo pulgar Manija de la palanca Pedal Condición Mínimo (kg) Punta de los dedos 0.17 Pie: Normalmente fuera de control 1.82 Descansado con control 4.55 Operación con los dedos 0.17 Torsión 1 cm·kg Torsión: Punta de los dedos * <1 pulgada de diámetro Punta de los dedos >1 pulgada de diámetro * Vuelta constante, rápida: 3 pulgadas de radio 0.91 de 5 a 8 pulgadas de radio 2.28 Parámetros precisos 1.14 Operación de precisión: 3 pulgadas de radio * de 5 a 8 pulgadas de radio 1.14 Resistencia en el contorno: Una mano 2.28 Dos manos 2.28 Torsión 1 cm·kg Tomar con los dedos 0.34 Tomar con la mano: Una mano 0.91 Dos manos 1.82 Hacia adelante: A lo largo del plano medio: Una mano: 10 pulgadas hacia adelante SRP§ — 16–24 pulgadas hacia adelante SRP — Dos manos: 10–19 pulgadas hacia adelante SRP — Lateral: Una mano: 10–19 pulgadas hacia adelante SRP — Dos manos: 10–19 pulgadas hacia adelante SRP — Pie: Normalmente fuera de control 1.82 Descansado con control 4.55 Sólo flexión del tobillo — Movimiento de las piernas — Máximo (kg) 1.14 9.10 9.10 1.14 7 cm · kg 0.3 cm · kg 0.4 cm · kg 2.28 4.55 3.64 * 3.64 13.64 22.73 3 cm · kg 1.14 — — 13.64 22.73 45 9.09 22.73 — — 4.55 80 * No establecido. † Para manijas/ruedas de las válvulas: 25  cm·kg de torque/cm del tamaño de la válvula (8 cm·kg de torque/cm de diámetro de la manija). § SRP = Punto de referencia sentado. combinación del tiempo principal de recorrido para alcanzar el objetivo aproximado y el tiempo de ajuste secundario para alcanzar el objetivo exacto de una manera precisa. El cociente C/R óptimo que minimiza este tiempo total de movimientos depende del tipo de control y las condiciones de la tarea (vea igura 5.20). Observe que también existe un efecto rango, esto es, la tendencia a salirse del rango en cortas distancias y quedarse corto en distancias largas. La resistencia del control es importante puesto que ofrece retroalimentación al operador. De manera ideal, puede ser de dos tipos: desplazamiento puro sin resistencia, o fuerza pura sin desplazamiento. El primero tiene la ventaja de producir menos fatiga, mientras que el segundo es un control de hombre muerto, esto es, el control regresa a cero una vez que éste se libera. Por lo general, en la vida real los controles están típicamente cargados con resortes, lo que incorpora así las características de ambos. Entre los aspectos principales de un control en estado de falla se incluye una elevada 5.3 Principios del diseño de trabajo: máquinas y equipo Movimiento grande de la pantalla Movimiento pequeño de palanca 159 Movimiento pequeño de la pantalla Movimiento limitado o de rotación limitada Movimiento grande de la palanca Cociente C/R pequeño (alta sensibilidad) (alta ganancia) Movimiento grande o varias vueltas Cociente C/R elevado (baja sensibilidad) (baja ganancia) Figura 5.19 Ilustraciones generales de cocientes controlrespuesta (relaciones C/R) altos y bajos para controles de palanca y rotatorios. El cociente C/R es una función del enlace entre el control y la pantalla. 7 Reco rrido 5 4 3 2 Relación C/R óptima e Ti Tiempo (segundos) 6 m po de ajus te 1 0 Bajo Alto (alta sensibilidad) (baja sensibilidad) Cociente control-respuesta (relación C/R) Figura 5.20 Relación entre el cociente C/R y la duración del movimiento (tiempo de recorrido y tiempo de ajuste). Los cocientes C/R especíicos no tienen ningún signiicado fuera de su contexto original, por lo que aquí se omiten. Sin embargo, dichos datos muestran típicamente la naturaleza de las relaciones, en especial en los controles por medio de botones. (Fuente: Jenkins y Connor, 1949.) fricción estática inicial, excesivo amortiguamiento viscoso y la existencia de espacio muerto, esto es, el movimiento del control sin obtener ninguna respuesta. Los tres aspectos perjudican el rastreo y el desempeño durante el uso. Sin embargo, los dos primeros a veces se incorporan con toda intención con el in de evitar la activación del control de forma inadvertida (Sanders y McCormick, 1993). ASEGÚRESE DE LOGRAR LA COMPATIBILIDAD APROPIADA ENTRE LOS CONTROLES Y LAS PANTALLAS La compatibilidad se deine como la relación entre los controles y las pantallas que es consistente con las expectativas humanas. Los principios básicos incluyen la asequibilidad, la propiedad percibida que da como resultado la acción deseada; la ubicación, la evidente relación entre los controles y las respuestas; y la retroalimentación, de manera que el operador sepa que la función ha sido lograda. Por ejemplo, una buena asequibilidad es una puerta con una manija que se jala para abrirla o una puerta con una placa que se presiona para abrirse. La ubicación espacial se ofrece en estufas bien diseñadas. La compatibilidad de movimientos es proporcionada mediante la acción directa del controlador, lecturas de escalas que aumentan de izquierda a derecha y movimientos en el sentido de las manecillas del reloj que incrementan los parámetros. En pantallas circulares, la mejor compatibilidad se logra con una escala ija y una pantalla con indicador móvil (vea la sección 7.4). En las pantallas verticales u horizontales, el principio de Warrick, sostiene que los indicadores más cercanos a la pantalla y al control que se mueven en la misma dirección ofrecen la mejor compatibilidad (vea la 160 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas igura 5.19). En controles y pantallas ubicados en planos diferentes, un movimiento en el sentido de las manecillas del reloj para los incrementos y la regla de la mano derecha (la pantalla avanza en la dirección del movimiento de un tornillo o control de mano derecha) son los más compatibles. En controles tipo varilla de un controlador directo, el mejor método es obtener resultados hacia arriba en movimientos hacia arriba (Sanders y McCormick, 1993). Los principios del diseño del trabajo de máquinas y equipo se resumen en la lista de veriicación para la evaluación de las máquinas (igura 5.21). El analista puede encontrar esta lista de mucha utilidad cuando desee evaluar y diseñar máquinas y otros equipos. 5.4 DESÓRDENES DE TRAUMA ACUMULATIVO El costo de los desórdenes músculo-esqueléticos relacionados con el trabajo como, por ejemplo, los desórdenes de trauma acumulativo (Cumulative trauma disorders CTD) en la industria de Estados Unidos, a pesar de que no todos son consecuencia de un diseño del trabajo inadecuado, es demasiado elevado. Los datos del Consejo de Seguridad Nacional (2003) sugieren que entre 15 y 20% de quienes trabajan en industrias clave (empacadoras de carne, procesamiento de aves, ensamblado de automóviles y manufactura textil) corren el riesgo de sufrir CTD y 61% de todas las lesiones ocupacionales están asociadas con movimientos repetitivos. La industria más afectada es la manufacturera, mientras que el peor puesto ocupacional es el de carnicero con 222 quejas de CTD por cada 100 000 trabajadores. Con estos índices tan elevados y con costos de servicio médico promedio de 30 000 dólares por caso, el NIOSH y la OSHA se han enfocado en la tarea de reducir los índices de incidencia de las lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo como uno de sus objetivos principales. Los desórdenes de trauma acumulativo (a menudo llamados lesiones por movimiento repetitivo o desórdenes músculo-esqueléticos relacionados con el trabajo) son lesiones del sistema músculoesquelético que se desarrollan gradualmente como resultado de microtraumas repetitivos debidos a un pobre diseño y al excesivo uso de herramientas de mano y otros equipos. Como tienen un lento nacimiento y a la naturaleza relativamente apacible de la lesión, a menudo son ignoradas hasta que se vuelven crónicas y se presentan lesiones más severas. Estos problemas representan una gran variedad de problemas, entre ellos desórdenes por movimientos repetitivos, estrechamiento del túnel carpal, tendonitis, ganglionitis, tenosinovitis y bursitis, términos que, con frecuencia, se utilizan de manera intercambiable. Cuatro factores principales relacionados con el trabajo parecen ser los que generan el desarrollo de CTD: 1) fuerza excesiva, 2) movimientos no naturales o de los extremos de las articulaciones, 3) gran número de repeticiones y 4) duración del trabajo. Dentro de los síntomas más comunes asociados con el CTD se incluyen: dolor, limitaciones de los movimientos de las articulaciones e inlamación del tejido blando. En las primeras etapas pueden existir algunos signos visibles; sin embargo, si los nervios están afectados, pueden dañarse las respuestas sensoriales y el control de movimientos. Si no es tratado, los CTD pueden provocar una incapacidad permanente. La mano humana es una estructura compleja de huesos, arterias, nervios, ligamentos y tendones. Los dedos están controlados mediante los músculos carpio extensor y carpio lexor del antebrazo. Los músculos están conectados a los dedos mediante tendones, los cuales pasan a través de un canal en la muñeca, formado por los huesos de la parte trasera de la mano de un lado y por el ligamento carpiano transverso del otro lado. A través de dicho canal, llamado túnel carpal, también pasan varias arterias y nervios (vea la igura 5.22). Los huesos de la muñeca se conectan a los dos huesos largos del antebrazo, el cúbito y el radio. El radio está conectado al lado del dedo pulgar de la muñeca mientras que el cúbito se conecta al lado del dedo meñique. La orientación de la articulación de la muñeca permite el movimiento en dos planos, a 90° entre sí (vea la igura 5.23). El primero permite la lexión y la extensión mientras que el segundo hace posible la desviación del cúbito y el radio. Asimismo, la rotación del antebrazo puede dar como resultado una pronación con la palma hacia abajo o una supinación con la palma hacia arriba. La tendosinovitis, uno de los CTD más comunes, consiste en la inlamación de las capas de los tendones y se debe al uso exagerado de las herramientas o a la falta de costumbre en el uso de herramientas diseñadas inadecuadamente. Si la inlamación se esparce hacia los tendones, se convierte en una tendonitis. A menudo esta lesión la experimentan los aprendices expuestos a grandes desviaciones 5.4 161 Desórdenes de trauma acumulativo Eficiencia de la máquina y seguridad 1. ¿Son factibles los cortes múltiples o simultáneos? 2. ¿Son fácilmente accesibles las manijas, botones y palancas? 3. ¿Están las manijas, botones y palancas diseñadas para que representen una ventaja mecánica? a) ¿Tienen los botones al menos 0.5 a 2 pulgadas de diámetro, más grandes para torques mayores? b) ¿Tienen las manivelas y botones un mínimo de 3 a 5 pulgadas de diámetro para cargas ligeras? c) ¿Tienen las manivelas y los botones más de 8 pulgadas de diámetros para cargas pesadas? 4. ¿Se utilizan accesorios para evitar la sujeción con la mano? 5. ¿Se utilizan guardas o cerrojos para evitar el acceso prohibido? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Diseño de los controles generales 1. ¿Se utilizan diferentes colores para los diferentes controles? 2. ¿Están claramente identificados los controles? 3. ¿Se utiliza la codificación de forma y textura para la identificación mediante el tacto? a) ¿Se utilizan no más de siete códigos únicos? 4. ¿Se utiliza la codificación por tamaño para la identificación mediante el tacto? a) ¿Se utilizan no más de tres códigos únicos? b) ¿Son las diferencias en tamaño mayores a 0.5 pulgadas? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Diseño de controles de emergencia 1. ¿Están los controles de encendido diseñados para evitar su activación accidental? 2. ¿Requieren los controles de activación un movimiento de acción única o doble? 3. ¿Están los botones de alimentación empotrados? 4. ¿Son de color verde los controles de activación? 5. ¿Se utilizan los controles de seguridad para los controles activados continuamente? 6. ¿Están diseñados los controles de emergencia para activarse rápidamente? 7. ¿Los botones de paro están dispuestos de tal manera que sobresalgan? 8. ¿Son los controles de emergencia grandes y fáciles de activar? 9. ¿Son fácilmente alcanzables los controles de emergencia? 10. ¿Son los controles de emergencia visibles y de color rojo? 11. ¿Están instalados los controles de emergencia lejos de los demás controles que se utilizan normalmente? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Ubicación de los controles 1. ¿Están los controles principales enfrente del operador a la altura de los codos? a) ¿Se aplican los principios de frecuencia de uso e importancia para identificar los controles principales? 2. ¿Se encuentran los controles secundarios colocados junto a los primarios, pero aún dentro del rango de alcance? 3. ¿Se evitan las posturas torcidas para alcanzar los controles? 4. ¿Están ubicados los controles en la secuencia de operación adecuada? 5. ¿Se encuentran agrupados los controles mutuamente relacionados? 6. ¿Están los controles manuales separados al menos 2 pulgadas entre sí? 7. ¿Se utilizan tres o menos pedales? 8. ¿Están ubicados los pedales a nivel de piso con el fin de evitar el levantamiento de las piernas? 9. ¿Se proporciona un banquillo de parado/sentado para la operación de pedales con el pie extendido? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Diseño de la pantalla 1. ¿Se encuentran las pantallas dentro del cono visual de visión (en dirección horizontal 30º hacia abajo)? 2. ¿Se utilizan lámparas indicadoras para llamar la atención del operador? 3. ¿Se utilizan señales acústicas como señales de advertencia crítica? 4. ¿Se utilizan punteros móviles para indicar tendencias? 5. ¿Se proporcionan contadores para obtener lecturas precisas? 6. ¿Están las pantallas agrupadas de tal manera que resalte una pantalla anormal? 7. ¿Están agrupadas las pantallas que se relacionan mutuamente? Sí No Compatibilidad de la pantalla de control 1. ¿Se utiliza la asequibilidad (la propiedad que se percibe da como resultado la acción deseada)? 2. ¿Se utiliza la retroalimentación para indicar el término de la acción? 3. ¿Tanto el control como la pantalla tienen una relación directa? 4. ¿La lectura de la pantalla aumenta de izquierda a derecha? 5. ¿Los movimientos en el sentido de las manecillas del reloj aumentan el valor de los parámetros? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Figura 5.21 (continúa) Lista de verificación para evaluar la máquina. 162 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas 6. ¿Los movimientos en el sentido de las manecillas del reloj cierran las válvulas? 7. En los controles mediante palancas, ¿el movimiento hacia arriba y hacia abajo produce movimiento hacia arriba? 8. Para los controles fuera del plano, ¿se aplica la regla de la mano derecha? Diseño de etiquetas 1. ¿Se utiliza un lenguaje claro y conciso? 2. ¿Las letras subtienden al menos 12 minutos del arco que forma el ángulo visual? 3. ¿Se utilizan letras oscuras sobre un fondo blanco? 4. ¿Se utilizan letras mayúsculas sólo en algunas palabras? 5. ¿Se utilizan los símbolos (sencillos, de preferencia) sólo si éstos se entienden fácilmente? ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Sí ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ Figura 5.21 (continuación). Nervio mediano Tendones Ligamento Huesos Nervio cubital Figura 5.22 Vista ilustrativa del túnel carpal. (De: Putz-Anderson, 1988.) del cúbito, en unión con la supinación de la muñeca. Los movimientos repetitivos y los impactos de choque pueden agravar aún más esta condición. El síndrome del túnel carpal es un desorden de la mano provocada por una lesión del nervio medio dentro de la muñeca. La lexión y extensión repetitiva de la muñeca en condiciones de estrés puede causar inlamación en las capas de los tendones. Dichas capas, al detectar una fricción elevada, segregan más luido para lubricar las capas y facilitar el movimiento de los tendones. La acumulación de luido resultante aumenta la presión en el túnel carpal, la cual a su vez comprime el nervio medio. Entre los síntomas se incluye la lesión o pérdida de la función nerviosa en los primeros tres dedos y medio, que se maniiesta como entumecimiento, hormigueo, dolor y pérdida de destreza. De nueva cuenta, el diseño apropiado de las herramientas es muy importante para evitar estas posiciones extremas de la muñeca. Las desviaciones radiales extremas de la muñeca son consecuencia de la presión entre la cabeza del radio y la parte adjunta del húmero, lo que da como resultado el codo de tenista, una forma de tendonitis. De manera similar, la extensión simultánea de la muñeca junto con la pronación total, es igualmente tensionante en el codo. El dedo de disparo es una forma de tendonitis que resulta de una situación de trabajo en la que la falange distal del dedo índice debe doblarse y lexionarse contra la resistencia antes de que se lexionen las falanges más próximas. Las fuerzas isométricas excesivas producen un ranurado en el hueso, o se agranda el tendón debido a una inlamación. Cuando el tendón se mueve dentro de la vaina, puede sacudirse o producir un sonido audible. El dedo blanco es consecuencia de una excesiva vibración de las máquinas herramienta, lo que provoca la constricción de las arteriolas dentro de los dedos. La falta de lujo sanguíneo resultante se maniiesta como un palidecimiento de la piel, con la correspondiente pérdida del control motor. Un efecto similar, que puede presentarse como resultado 5.4 Desviación cubital Neutral 163 Desórdenes de trauma acumulativo Desviación radial Abducción Pronación Extensión Supinación Neutral Neutral Flexión Aducción Figura 5.23 y del brazo. Posiciones de la mano (De: Putz-Anderson, 1988.) de una exposición al frío, se llama síndrome de Raynaud. Una muy buena introducción a éstos y otros CTD se pueden consultar en Putz-Anderson (1988). No todas las incidencias son traumáticas. Se ha observado también que la fatiga e incomodidad de corto plazo son resultado de un pobre manejo y una deiciente orientación del martilleo así como de una forma inadecuada de la herramienta y mala altura del trabajo cuando se realizan tareas con desarmadores. Por lo general, un mal diseño de las manijas de una herramienta provoca que se deban ejercer elevadas fuerzas de sujeción y extremas desviaciones de la muñeca, lo que da como resultado una mayor fatiga (Freivalds, 1996). Para evaluar el nivel de problemas relacionados con los CTD en una planta, el analista de métodos o ergonomista típicamente comienza con un estudio de los trabajadores con el in de determinar su estado de salud e incomodidad durante la realización de sus labores. Una herramienta que se utiliza muy a menudo para este propósito es el diagrama de incomodidad del cuerpo (Corkett y Bishop, 1976; vea la igura 5.24), mediante el cual el trabajador evalúa el nivel de dolor o incomodidad en varias partes del cuerpo, en una escala del 0 (sin dolor) a 10 (casi máximo). La escala de evaluación se basa en la escala de valores por categoría (CR-10) de Borg (1990) con las anclas verbales que se muestran en la igura 5.24. Un método más cuantitativo es el nuevo procedimiento de análisis de riesgos de los CTD que agrega los valores del riesgo de los tres factores causales más importantes en un solo resultado (vea igura 5.25; Seth et al., 1999). Un factor de frecuencia está determinado por el número de movimien- 164 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas H H H G F G F G A A B B C C D D E Figura 5.24 Diagrama de la incomodidad del cuerpo humano. (Adaptado de Corlett y Bishop, 1976.) E 0 .5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 • Ningún dolor Dolor extremadamente ligero (apenas se nota) Dolor muy ligero Dolor débil (ligero) Dolor moderado Dolor fuerte (pesado) Dolor muy fuerte Dolor extremadamente intenso (casi el máximo) Dolor máximo tos dañinos para la muñeca, que después son puestos en una escala con un valor de umbral de 10 000. El factor de la postura se determina a partir del grado de desviación respecto a la postura neutral de los principales movimientos de las extremidades superiores. El factor fuerza se determina a partir del porcentaje relativo de la fuerza muscular máxima que se ejerce para realizar la tarea, y después se pone en una escala de 15%, el máximo valor permitido para contracciones estáticas extendidas (vea el capítulo 4). Un factor misceláneo inal incorpora una gran variedad de condiciones que pueden jugar un papel en las causas de los CTD, como la vibración y la temperatura, los cuales se ponderan de manera adecuada y después se suman para determinar un índice inal de riesgo al CTD. En condiciones relativamente seguras, dicho índice debe ser menor a 1 (parecido al índice de levantamiento del NIOSH, capítulo 4). Un ejemplo (vea la igura 5.25) analiza el estrés CTD en el que se incurre en una operación de corte altamente repetitiva que se describe con mayor detalle en el ejemplo 8.1. Tanto el factor de frecuencia de 1.55 como el factor de fuerza de 2.00 exceden el umbral de seguridad de 1.0, lo cual da como resultado un valor total de riesgo de 1.34, que también supera a 1.0. Por lo tanto, el método más eicaz consiste en reducir la frecuencia mediante la eliminación o combinación de movimientos innecesarios (los cuales pueden o no ser factibles) y la reducción de la componente de la fuerza mediante la modiicación del agarre utilizado (la base del cambio de métodos del ejemplo 8.1). El índice CTD ha demostrado ser muy exitoso en la identiicación de trabajos que producen lesiones, pero funciona mucho mejor en bases relativas más que en absolutas, por ejemplo, en trabajos críticos de ordenamiento por rango. Observe que el índice de riesgo CTD también sirve como una lista de veriicación útil para identiicar posturas muy deicientes y como una herramienta de diseño para seleccionar las condiciones clave para el rediseño. 5.5 PRINCIPIOS DEL DISEÑO DE TRABAJO: HERRAMIENTAS UTILICE UN AGARRE DE FUERZA PARA LAS TAREAS QUE REQUIERAN FUERZA Y AGARRE DE PRECISIÓN PARA AQUELLAS QUE REQUIERAN PRECISIÓN La aprehensión de la mano puede deinirse básicamente como las variaciones del agarre entre dos extremos: un agarre de fuerza y un agarre de presión. En el agarre de fuerza, la empuñadura cilíndrica de la herramienta, cuyo eje es más o menos perpendicular al antebrazo, se mantiene en sujeción por los dedos lexionados parcialmente sobre la palma. El dedo pulgar ejerce una presión en sentido opuesto, que se superpone ligeramente con el dedo medio (vea la igura 5.26). La línea de acción de la fuerza puede variar según 1) la fuerza paralela al antebrazo, como cuando se serrucha; 2) la fuerza a un determinado ángulo respecto al antebrazo, como cuando se martilla; y 3) la fuerza que actúa en el brazo de palanca, que crea una torsión con relación al antebrazo, como cuando se usa el desarmador. Como su nombre implica, el agarre de fuerza se utiliza para ejercer fuerza o para sujetar 5.5 Título del trabajo: CORTE Descripción del trabajo: SEPARAR NAVAJAS Índice de riesgo de los CTD Contador del VCR Núm. 2371 Departamento: ESCALPELO Tiempo del ciclo (en minutos; obtener de la grabadora de video) (480 – Comida – Descansos) (480 – 20 – 30) = Tiempo del ciclo 5 Núm. de partes/Día (si se conoce) Núm. de movimientos de la mano/Ciclo Núm. de movimientos de la mano/Día Núm. de ciclos/Día = 60 Encerrar en un círculo la condición adecuada Ángulos de los codos Abducción de los hombros Flexión de los hombros Ángulo de la espalda/cuello Equilibrio Fecha: 1-26Analista: AF ① ③ ② 5 Mayor a 2a o 2b 5 160 5 160 ② ④ 3 ⑤ 15 480 Factor de frecuencia (Dividir ⑤ entre 10 000) = 1.55 Puntos 0 Postura de trabajo Postura de las manos 1: Presión de pulpo Postura de las manos 2: Presión en el costado Postura de las manos 3: Presión sobre la palma Postura de las manos 4: Presión sobre el dedo Postura de las manos 5: Agarre con fuerza Tipo de alcance Desviación de la mano 1: Flexión Desviación de la mano 2: Extensión Desviación de la mano 3: Desviación radial Desviación de la mano 4: Desviación cubital Rotación del antebrazo 165 Principios del diseño de trabajo: herramientas 1 2 Parado Sí Sí Sí Sí No Arriba/Abajo Sí Sí Sí Sí Hacia adentro/Hacia afuera =90° 90° 0 <45° <90° 0 <90° <180° 0 <45° <90° Sí No Total de puntos de las condiciones encerradas en un círculo 3 Sentado No No No No Sí Horizontal No No No No Neutral >90° >180° >90° ⑥ 8 Factor de postura (Dividir ⑥ entre 10) = Fuerza de agarre o de presión que se utiliza en la tarea Máximo agarre o fuerza de presión ⑦ 30 lbs. ⑨Dividir ⑦ entre ⑧ .30 ⑧ 100 lbs. Factor de fuerza (Dividir ⑨ entre 0.15) = .80 2.00 Puntos 0 Orilla puntiaguda Guante Vibración Tipo de acción Temperatura No No No Dinámico Caliente 1 Sí Sí Sí Intermitente Frío 2 3 Estático ⑩ 1 Factor misceláneo (Dividir ⑩ entre 3) = Índice de riesgo CTD = .3 × Frecuencia + Postura + Factores de fuerza + .1 × (Factor misceláneo) Índice de riesgo CTD = × Figura 5.25 ( 1.55 + .80 + 2.00 ) + .1 × ( .33 ) = 1.34 Índice de riesgo de los CTD. objetos pesados. Sin embargo, a medida que los dedos o el dedo pulgar se desvían respecto al agarre cilíndrico, se produce una menor fuerza pero es mayor la precisión que puede ofrecerse. Por ejemplo, si se sostiene un martillo ligero como cuando se está clavando, el dedo pulgar puede desviarse con relación a la oposición de los dedos para alinearse con el mango. Si el dedo índice también se desvía del eje de la herramienta, como cuando se sostiene un cuchillo para realizar un corte preciso, este tipo de agarre se asemeja a una sujeción de presión, con la hoja presionada entre el dedo pulgar y .33 166 CAPÍTULO 5 Agarre de fuerza Presión medular en dos puntos Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas Precisión interna Agarre con la palma Presión lateral Agarradera de gancho Presión con los dedos Precisión externa Figura 5.26 Tipos de agarre. el dedo índice. En ocasiones, este agarre se denomina agarre de precisión interna (Konz y Johnson, 2000). Una sujeción mediante un asa, que se utiliza para sostener una caja o una agarradera, es un agarre de fuerza incompleto en el que no se aplica la fuerza opuesta del dedo pulgar, y, por ende, se reduce de manera considerable la fuerza de sujeción disponible. El agarre de precisión se utiliza para control o precisión. Cuando se utiliza este tipo de sujeción, el artículo se sostiene entre los extremos distales de uno o más dedos y el dedo pulgar contrario (el dedo pulgar a veces se omite). La posición relativa del dedo pulgar y los otros dedos determina cuánta fuerza puede aplicarse y proporciona una supericie sensorial para recibir la retroalimentación necesaria para lograr la precisión que se necesita. Existen cuatro tipos básicos de agarres de precisión, con muchas variaciones (vea la igura 5.26): 1) presión lateral, cuando el dedo pulgar se opone a la parte lateral del dedo índice; 2) presiones en la punta de dos y tres puntos (o pulpo), en las que la punta (o base de la palma) del dedo pulgar se opone a las puntas (o bases de la palma) de uno o más dedos (en el caso de objetos cilíndricos relativamente pequeños, los tres dígitos actúan como un mandril, lo cual resulta en una sujeción de mandril); 3) presión de la palma, cuando los dedos se oponen a la palma de la mano sin que participe el dedo pulgar, como es el caso del transporte de una parabrisas de vidrio, y 4) presión con los dedos, cuando los pulgares así como lo demás dedos ejercen presión sobre una supericie, como si trabajadores de la industria de la confección alimentaran tela en una máquina de coser. Un agarre especializado es una sujeción de precisión externa o de escritura, esto es, una combinación de una fuerza lateral con el dedo medio y una fuerza en dos puntos para sostener al dispositivo de escritura (Konz y Johnson, 2000). Una clasiicación y jerarquización completa de los tipos de agarre se puede encontrar en Kroemer (1986). Observe la fuerza signiicativamente reducida de los agarres de presión en comparación con los agarres de fuerza (consulte la tabla 5.6). Nunca se debe aplicar fuerzas de gran magnitud a las sujeciones de presión. EVITE LA CARGA MUSCULAR ESTÁTICA DURANTE PERIODOS PROLONGADOS Cuando se utilizan herramientas en situaciones en las que es necesario levantar los brazos o sostener las herramientas por periodos prolongados, los músculos de los hombros, brazos y manos pueden cargarse estáticamente, lo cual trae como consecuencia la fatiga, una menor eiciencia laboral y dolor. La abducción de los hombros, con la correspondiente elevación de los codos, se presentará si el trabajo debe realizarse con una herramienta de sujeción tipo pistola sobre un lugar de trabajo horizontal. Una herramienta en línea o recta reduce la necesidad de levantar el brazo y también hace posible una postura neutral de la muñeca. El trabajo prolongado con los brazos extendidos, como es el caso de tareas de ensamble realizadas con fuerza, pueden producir dolor en el antebrazo. Cambiar la distribución del lugar de trabajo de tal manera que se mantengan los codos a 90° elimina la mayor parte del problema (vea la igura 5.4). De forma similar, mantener activado de manera continua un interruptor de activación puede producir fatiga de los dedos así como reducir la lexibilidad. 5.5 Tabla 5.6 Principios del diseño de trabajo: herramientas 167 Fuerzas relativas de los diferentes tipos de agarre Hombres Agarre De fuerza Presión en la punta Presión medular Presión lateral Mujeres lb kg lb kg 89.9 14.6 13.7 24.5 40.9 6.6 6.2 11.1 51.2 10.1 9.7 17.1 23.3 4.6 4.4 7.8 Media en porcentaje del agarre de fuerza 100 17.5 16.6 29.5 Fuente: Adaptado de An et al, 1986. REALICE MOVIMIENTOS DE TORCIDO CON LOS CODOS FLEXIONADOS Cuando el codo está extendido, los tendones y músculos del brazo se estiran y, por lo tanto, producen poca fuerza. Cuando el codo se encuentra lexionado 90° o menos, los bíceps tienen una buena ventaja mecánica y pueden contribuir al giro del antebrazo. MANTENGA LA MUÑECA ESTIRADA A medida que la muñeca se mueve respecto a su posición neutral, se presenta una pérdida de fuerza en el agarre. Comenzando en una posición neutral de la muñeca, la pronación reduce 12% la fuerza de sujeción, 25% la lexión/extensión y 15% la desviación radial/anular (vea la igura 5.27). Además, las posiciones no naturales de las manos pueden dar como resultado dolores en las muñecas, pérdida de fuerza de agarre y, si se mantienen por mucho tiempo, la ocurrencia del síndrome del túnel carpal. Para reducir este problema, el lugar de trabajo o las herramientas se deben rediseñar con el in de permitir que la muñeca siempre esté en una posición recta; por ejemplo, colocar más abajo la supericie de trabajo y las orillas de los contenedores e inclinar las agarraderas hacia el usuario. De manera similar, el mango de las herramientas debe relejar el eje de la empuñadura, el cual está a aproxima- Posición del antebrazo 100 Supinación (palmas hacia arriba) Posición media Pronación (palmas hacia abajo) Fuerza de sujeción como porcentaje de la máxima 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Neutral Flexión Extensión Desviación radial Posición de la muñeca Desviación cubital Figura 5.27 La fuerza de agarre en función de la posición de la muñeca y el antebrazo. (Fuente: Basado en datos de Terrell y Purswell, 1976, tabla 1.) 168 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas Figura 5.28 a) Cuchillo alineado convencional. b) Cuchillo de sujeción tipo pistola. (De: Putz-Anderson, 1988.) a) b) damente 78° respecto a la horizontal y debe estar orientado de tal forma que el eje de la herramienta esté alineado con el dedo índice; ejemplos de lo anterior son los mangos de las pinzas para doblar y el cuchillo de sujeción de pistola (vea la igura 5.28). EVITE LA COMPRESIÓN DE LOS TEJIDOS A menudo, cuando se trabaja con herramientas manuales, la mano aplica una fuerza considerable. Dichas acciones pueden concentrar una fuerza de compresión de magnitud considerable sobre la palma de la mano y los dedos, lo que puede dar como resultado isquemia, esto es, la obstrucción del lujo sanguíneo hacia los tejidos y el entumecimiento y hormigueo de los dedos. Los mangos deben estar diseñados con grandes supericies de contacto con el in de distribuir la fuerza sobre un área grande (vea la igura 5.29) o para dirigirla hacia áreas menos sensibles, tales como el tejido entre el dedo pulgar y el dedo índice. De manera similar, se deben evitar las ranuras o grietas en los mangos de las herramientas. Debido a que las manos pueden variar mucho en cuanto a tamaño, dichas ranuras sólo le serán útiles a una pequeña fracción de la población. DISEÑE LAS HERRAMIENTAS DE TAL MANERA QUE PUEDAN SER EMPLEADAS CON CUALQUIER MANO POR LA MAYORÍA DE LAS PERSONAS Alternar manos hace posible que se reduzca la fatiga muscular total. Sin embargo, en muchas situaciones, esto no es posible, ya que las herramientas están diseñadas para usarse con una mano. Además, si se diseña para usarse con la mano que el usuario preiera, que para 90% de la población es la derecha, el resto, o sea 10%, quedaría inconforme. Buenos ejemplos de herramientas diseñadas para diestros que no pueden ser utilizadas por personas zurdas son el taladro con el mango lateral sólo en el lado izquierdo, la sierra circular y el cuchillo dentado diseñado para ser sólo de un lado. Por lo general, los hombres diestros muestran 12% de reducción de fuerza en la mano izquierda, mientras que las mujeres diestras padecen 7% de reducción de fuerza. Sorprendentemente, tanto los hombres como las mujeres zurdas tienen casi la misma fuerza en ambas manos. Una conclusión es que las personas zurdas son obligadas a adaptarse a un mundo diseñado para los diestros (Miller y Freivalds, 1987). Figura 5.29 Diseño del mango. Aquí se muestra una rasqueta convencional para pintado a) que ejerce presión sobre la arteria cubital y un mango modiicado b) que descansa en los tejidos duros entre el dedo pulgar y el índice y evita que se ejerza presión sobre las áreas críticas de la mano. Observe que el mango se extiende más allá de la base de la palma. (Fuente: Tichauer, 1967.) a) Mango convencional b) Mango modificado 169 Principios del diseño de trabajo: herramientas 5.5 b) Banda dactilar de descanso a) Interruptor para el dedo pulgar c) Disparo con tres dedos para herramientas automáticas La fuerza de agarre de la mujer varía entre 50 y 67% respecto a la de los hombres (Pheasant y Scriven, 1983). Por ejemplo, se puede esperar que el hombre promedio ejerza aproximadamente 110 libras (50 kg) mientras que la mujer promedio lo hará en alrededor de 60 libras (27.3 kg). Las mujeres tienen una desventaja doble: una menor fuerza de sujeción y un menor alcance promedio. La mejor solución consiste en ofrecer una amplia variedad de tamaños de herramientas. EVITE EL MOVIMIENTO DACTILAR REPETITIVO Si el dedo índice se utiliza de manera excesiva para operar disparadores, se desarrollarían síntomas del dedo disparador. Las fuerzas del disparo deben minimizarse lo más posible, de preferencia por debajo de 2 libras (0.9 kg) (Eastman Kodak, 1983), para reducir la carga en dicho dedo. Son preferibles los controles operados por dos o tres dedos (vea la igura 5.30); los controles de banda dactilar o la barra de sujeción de fuerza es aún mejor, ya que requieren el uso de más dedos más fuertes. En la tabla 5.7 se muestran las fuerzas absolutas de lexión de los dedos y sus contribuciones relacionadas con la sujeción. Cuando se debe utilizar una herramienta de dos mangos, un mecanismo a base de resortes evita que los dedos tengan que regresar la herramienta a su posición inicial. Además, se debe evitar un elevado número de repeticiones. A pesar de que los niveles críticos de las repeticiones no se conocen, NIOSH (1989) demostró que existen elevados índices de desórdenes de músculo y tendón en los trabajadores que exceden 10 000 movimientos diarios. UTILICE LOS DEDOS MÁS FUERTES PARA TRABAJAR: EL DEDO MEDIO Y EL PULGAR A pesar de que el dedo índice es por lo común el que puede moverse más rápido, no es el más fuerte (vea la tabla 5.7). Cuando se trate de una carga relativamente pesada, en general resulta más eiciente el uso del dedo medio o una combinación del dedo medio y del índice. Tabla 5.7 Fuerzas estáticas máximas de flexión de los dedos Fuerza máxima Dedo Pulgar Índice Medio Anular Meñique lb kg Porcentaje de fuerza (del dedo pulgar) Porcentaje de contribución al agarre de fuerza 16 13 14 11 7 7.3 5.9 6.4 5.0 3.2 100 81 88 69 44 — 29 31 24 16 Fuente: Adaptado de Hertzberg, 1973. Figura 5.30 Herramienta neumática operada mediante el dedo pulgar y con la banda dactilar. La operación con el dedo pulgar a) resulta en la sobreextensión del dedo pulgar. El control con la banda dactilar b, c) permite que todos los dedos compartan la carga y el dedo pulgar sujete y guíe la herramienta. 170 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas DISEÑE MANGOS DE 1.5 PULGADAS DE DIÁMETRO PARA AGARRES DE FUERZA Los agarres de fuerza alrededor de un objeto cilíndrico deben encerrar completamente la circunferencia del cilindro, con los dedos y el pulgar apenas tocándose. Para la mayoría de las personas, esto representa un diámetro del mango de aproximadamente 1.5 pulgadas (3.8 cm), lo que genera una actividad ECM mínima, un deterioro mínimo del tiempo de sujeción y fuerzas máximas de empuje. En general, el extremo superior del rango es mejor para una torsión máxima, y el extremo inferior es mejor para una mayor destreza y velocidad. El diámetro del mango para agarres de precisión debe ser de aproximadamente 0.5 pulgadas (1.3 cm) (Freivalds, 1996). DISEÑE EL LARGO DE LOS MANGOS CON UN MÍNIMO DE 4 PULGADAS Tanto en el caso de mangos como de cortes, debe haber espacio suiciente para que quepan los cuatro dedos. El ancho de la mano a lo largo de los metacarpianos varía entre 2.8 pulgadas (7.1 cm) para el 5° percentil de las mujeres y 3.8 pulgadas (9.7 cm) para el 95avo. percentil para los hombres (Garrett, 1971). Por lo tanto, 4 pulgadas (10 cm) pueden ser un mínimo razonable, pero 5 pulgadas (12.5 cm) puede ser un valor muy recomendable. Si la sujeción está encerrada o si se utilizan guantes, se recomienda tener un espacio más grande para sujetar la herramienta. Para un agarre de precisión externa, el mango de la herramienta debe ser lo suicientemente largo para poder ser soportado en la base del primer dedo o el dedo pulgar. En el caso de un agarre de precisión interna, la herramienta debe extenderse más allá de la palma, pero no tanto como para que golpee la muñeca (Konz y Johnson, 2000). DISEÑE UN ESPACIO DE AGARRE DE 3 PULGADAS PARA LAS HERRAMIENTAS CON DOS MANGOS La fuerza de sujeción y la tensión resultante en los tendones lexores de los dedos varían en función del tamaño del objeto que se desee tomar. Con un dinamómetro con mangos que formen un ángulo hacia adentro, se logra una máxima fuerza de sujeción en aproximadamente 3 a 3.2 pulgadas (7.68.1 cm) (Chafin y Anderson, 1991). A distancias diferentes respecto a la óptima, el porcentaje de fuerza de sujeción disminuye (vea la igura 5.31), como se deine en la siguiente fórmula: Porcentaje de la fuerza de agarre ⫽ 100  0.28*S  65.8*S2 Figura 5.31 Capacidad de fuerza de agarre de varias distribuciones de población en función del rango de sujeción. (De: Greenberg y Chafin, 1976.) Fuerza máxima de agarre (libras) 120 50% de hombres 100 Eje de agarre 80 60 95% de hombres 40 50% de mujeres 20 95% de mujeres 0 0 1 2 3 4 5 pulgadas Abertura del mango (en el eje de sujeción) 5.5 Fuerza (libras) 25 Principios del diseño de trabajo: herramientas 171 Hombres Mujeres 15 5 0 1 2 3 4 Alcance (pulgadas) 5 6 Figura 5.32 Capacidad de fuerza de la presión medular para varios alcances. (De: Hefferman y Freivalds, 2000.) donde S es el rango de agarre dado menos el rango de agarre óptimo (3 pulgadas en el caso de las mujeres y 3.2 en el caso de los hombres). En dinamómetros con lados paralelos, este rango óptimo disminuye de 1.8 a 2 pulgadas (4.5 a 5 cm) (Pheasant y Scriven, 1983). Debido a la gran variación de las capacidades individuales en cuanto a fuerza y a la necesidad de satisfacer a la mayoría de la población laboral (es decir, el 5o. percentil de mujeres), los requisitos de sujeción máxima deben limitarse a menos de 20 libras. Un efecto similar se puede encontrar en la fuerza de precisión (vea la igura 5.32). Sin embargo, la fuerza de precisión total está a un nivel mucho más reducido (aproximadamente 20% del agarre de fuerza) y el espacio de precisión (para una presión medular en 4 puntos) varía de 0.5 a 2 pulgadas (1.3 a 5.1 cm) y después se reduce signiicativamente para rangos mayores (Heffernan y Freivalds, 2000). DISEÑE LOS MANGOS CON LA FORMA APROPIADA Para un agarre de fuerza, diseñe para la máxima supericie de contacto con el in de minimizar la presión unitaria de la mano. Por lo general, se piensa que una herramienta con sección transversal circular proporciona la torsión más grande. Sin embargo, la forma puede depender del tipo de tarea y de los movimientos involucrados (Cochran y Riley, 1986). Por ejemplo, la fuerza máxima de jalado y los mejores empujes se obtienen en realidad usando una sección transversal triangular. Para una manipulación de tipo rodante, la forma triangular es la más lenta. La forma rectangular (con las esquinas redondeadas) con relaciones ancho/altura de 1:1.25 a 1:1.5 parecen ser un buen intercambio. Una ventaja adicional de la sección transversal rectangular es que la herramienta no rueda cuando se coloca sobre una mesa. Asimismo, los mangos no deben tener la forma de un cilindro perfecto, excepto en una sujeción de gancho. En el caso de las herramientas tipo desarmador, el extremo del mango debe ser redondo con el in de evitar presiones indebidas sobre la palma; en el caso de las herramientas tipo martillo, el mango puede tener un curvado plano, para indicar su extremo. A partir de los mangos en forma circular cilíndricamente, Bullinger y Solf (1979) propusieron un diseño más radical utilizando una sección transversal hexagonal, en forma de dos conos truncados que se conectan en los extremos más largos. Dicha forma se amolda mejor a los contornos de la palma y del dedo en los agarres de precisión y de fuerza, y proporciona las torsiones más grandes en comparación con los mangos convencionales. Una forma cónica similar doblemente truncada fue desarrollada también para un mango de lima. En este caso, se pudo observar que la sección transversal totalmente redonda en forma de cuadrado era signiicativamente superior a la mayoría de las formas convencionales. Una nota inal acerca de la forma es que los mangos en T ofrecen un torque mucho mayor (hasta 50% más) que los mangos rectos tipo desarmador. La inclinación del mango en T genera torsiones aún mayores a la vez que permite que la muñeca se mantenga derecha (Saran, 1973). 172 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas DISEÑE LA SUPERFICIE DE AGARRE DE TAL FORMA QUE SEA COMPRIMIBLE Y NO-CONDUCTORA Durante siglos, la madera fue el material preferido para fabricar los mangos de las herramientas. La madera se encuentra disponible en muchos lugares y se trabaja muy fácilmente. Tiene una buena resistencia contra los golpes y a la conductividad térmica y eléctrica y posee buenas cualidades de fricción, aun cuando se encuentre húmeda. Puesto que los mangos de madera pueden romperse y mancharse con grasa y aceite, en los últimos años se ha presentado un cambio signiicativo al uso del plástico o, inclusive, del metal. Sin embargo, debe estar recubierto con hule o cuero con el in de amortiguar los golpes, reducir la conductividad eléctrica e incrementar la fricción (Fraser, 1980). Dichos materiales compresibles también amortiguan las vibraciones y permiten una mejor distribución de la presión, a la vez que reducen la fatiga y las tensiones en la mano (Fellows y Freivalds, 1991). Sin embargo, el material de sujeción no debe ser muy suave; de otra forma, los objetos puntiagudos tales como las rebabas metálicas, permanecerán en el mango y harán difícil la utilización de la herramienta. La supericie de agarre debe maximizarse con el in de garantizar la distribución de presión sobre un área lo mayor posible. La presión excesiva en un solo punto puede causar el dolor suiciente como para detener el trabajo que se esté realizando. Las características de fricción de la supericie de la herramienta varían en función de la presión ejercida por la mano, el alisamiento y la porosidad de la supericie y el tipo de contaminación (Bobjer et al., 1993). El sudor incrementa el coeiciente de fricción, mientras que el aceite y la grasa lo reducen. La cinta adhesiva y las fundas de ante proporcionan una buena cantidad de fricción cuando hay humedad. El tipo de patrón de supericie, como lo deine la relación entre el área rugosa y el área ranurada, muestran algunas características interesantes. Cuando la mano se encuentra limpia o sudorosa, las fricciones máximas se obtienen cuando dicha relación es elevada (lo que maximiza el área de contacto supericie-mano); cuando la mano está contaminada, las fricciones máximas se obtienen cuando dicha relación es pequeña (lo cual maximiza la capacidad de eliminar los contaminantes). MANTENGA EL PESO DE LA HERRAMIENTA MENOR A LAS 5 LIBRAS El peso de la herramienta de mano determina cuánto tiempo se puede sostener o utilizar y con qué precisión puede manipularse. En el caso de las herramientas que se pueden sostener con una sola mano con el codo a 90° por periodos prolongados, Greenberg y Chafin (1976) recomiendan cargas de no más de 5 libras (2.3 kg). Además, la herramienta debe estar bien equilibrada, con el centro de gravedad tan cercano como sea posible al centro de gravedad de la mano (a menos que el propósito de la herramienta sea transferir fuerza, como es el caso de un martillo). Por lo tanto, los músculos de la mano y del brazo no necesitan oponerse a cualquier torsión que desarrolle una herramienta desequilibrada. Las herramientas pesadas que se utilizan para absorber impactos o vibraciones deben estar montadas sobre brazos telescópicos o balanceadores de herramienta con el in de reducir el esfuerzo que el operador necesita realizar. En el caso de las operaciones en las que se requiere precisión, no se recomiendan herramientas con pesos mayores a 1 libra, a menos que se utilice un sistema de contrapesos. UTILICE LOS GUANTES CON CRITERIO Con frecuencia, los guantes se utilizan para manipular herramientas de mano por razones de seguridad y comodidad. Los guantes de seguridad son poco voluminosos, pero los que se usan en climas por debajo del punto de congelación pueden ser muy pesados e interferir con la facilidad de tomar los objetos. El uso de guantes de lana o piel puede aumentar en 0.2 pulgadas (0.5 cm) el grosor de la mano y 0.3 pulgadas (0.8 cm) el ancho de la mano hasta el dedo pulgar, mientras que las manoplas pesadas agregan 1 pulgada (2.5 cm) y 1.6 pulgadas (4.0 cm), respectivamente (Damon et al, 1966). Lo que es más importante, los guantes reducen la fuerza de agarre entre 10 y 20% (Hertzberg, 1973), la producción de torsión y los tiempos de desempeño de destreza manual. Los guantes de neopreno hacen 12.5% más lentos los tiempos de desempeño respecto al desempeño con las manos desnudas, la toalla 36%, el cuero 45% y el PVC 64% (Weidman, 1970). Se debe considerar como un intercambio entre una mayor seguridad y un menor desempeño con el uso de guantes. 5.5 Principios del diseño de trabajo: herramientas UTILICE HERRAMIENTAS AUTOMÁTICAS TALES COMO COLOCADORES DE TUERCAS Y DESARMADORES EN LUGAR DE HERRAMIENTAS MANUALES Las herramientas eléctricas no sólo realizan el trabajo más rápido que las manuales sino que fatigan considerablemente menos al operador. Se puede esperar una mayor uniformidad en el producto cuando se utilizan herramientas eléctricas. Por ejemplo, un apretador automático puede colocar tuercas de manera consistente a una determinada presión en pulgadas-libras, mientras que no se puede esperar que un apretador de tuercas manual mantenga una presión constante de apretado debido a la fatiga. Sin embargo, con ello se pierde algo. Las herramientas eléctricas y automáticas generan vibración, la cual puede producir el síndrome de los dedos blancos, cuyo primer síntoma es la reducción del lujo sanguíneo hacia los dedos y las manos debido a la vasoconstricción de los vasos sanguíneos. Como resultado de ello se presenta una pérdida de retroalimentación sensorial y un desempeño aminorado. Además, esta condición puede contribuir al desarrollo del síndrome del túnel carpal, especialmente en trabajos que implican una combinación de movimientos fuertes y repetitivos. En general, se recomienda que se eviten vibraciones que se encuentren en el rango crítico de 40 a 130 Hz o ligeramente mayores (pero más seguro) entre 2 y 200 Hz (Lundstrom y Johansson, 1986). La exposición a la vibración puede minimizarse mediante la reducción de la fuerza de alimentación, el uso de mangos especialmente diseñados para amortiguarla (Anderson, 1990) o el uso de guantes que la absorben y un mejor mantenimiento con el in de reducir la falta de alineación o desequilibrio de los ejes. UTILICE LAS CONFIGURACIONES Y ORIENTACIONES APROPIADAS DE LAS HERRAMIENTAS AUTOMÁTICAS En el caso de un taladro u otras herramientas automáticas, la función principal del operador consiste en sostener, estabilizar y supervisar la herramienta sobre una pieza de trabajo, mientras llevan a cabo el trabajo donde se requiere mayor esfuerzo. A pesar de que, en algunas ocasiones, el operador tenga que desplazar u orientar la herramienta, su función principal consiste en tomar y sostener la herramienta. Un taladro manual está compuesto por una cabeza, un cuerpo y un mango idealmente alineados. La línea de acción está representada por la línea del dedo índice extendido, lo cual signiica que en un taladro ideal, la cabeza está descentrada respecto al eje central del cuerpo. La coniguración del mango es también un aspecto importante. Las opciones son la sujeción tipo pistola, en línea o en ángulo recto. Como regla general, las sujeciones en línea y en ángulo recto son las mejores para apretar hacia abajo sobre una supericie horizontal, mientras que las de tipo pistola son más adecuadas para apretar sobre una supericie vertical. En todos los casos, el objetivo es obtener una postura parada con la espalda recta, los brazos superiores colgados hacia abajo y la muñeca recta (vea la igura 5.33). Cuando se elige la sujeción tipo pistola, la posición del mango genera un ángulo de aproximadamente 78° con relación a la horizontal (Fraser, 1980). Pobre Buena Buena Pobre Pobre Figura 5.33 Orientación apropiada de las herramientas automáticas en el lugar de trabajo. (De: Armstrong, 1983.) Buena 173 174 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas Otro factor importante es el centro de gravedad. Si está muy alejado hacia adelante respecto al cuerpo de la herramienta, se produce un momento giratorio, el cual deberá ser eliminado por los músculos de la mano y del antebrazo. Esta tarea extra implica un esfuerzo muscular adicional que se requiere para sostener, mantener en posición y presionar el taladro hacia la pieza de trabajo. El mango principal se coloca directamente por debajo del centro de gravedad, de tal manera que el cuerpo sobresalga por detrás del mango, así como también por el frente. Para perforaciones muy profundas, puede ser necesario instalar un mango de soporte secundario, ya sea en la parte lateral o de preferencia por debajo de la herramienta, de tal manera que el brazo de soporte pueda meterse en el cuerpo en lugar de ser abducido. SELECCIONE UNA MÁQUINA AUTOMÁTICA CON LAS CARACTERÍSTICAS APROPIADAS Las herramientas automáticas, tales como los colocadores utilizados para apretar tuercas se encuentran disponibles en el mercado en una gran variedad de coniguraciones de mangos, diámetros de ejes, velocidades, pesos, mecanismos de apagado y salidas de torsión. Esta última se transiere del motor hacia el eje a través de una gran variedad de mecanismos, de tal manera que la potencia (a menudo generada por medio de aire comprimido) pueda interrumpirse rápidamente una vez que la tuerca u otro sujetador estén apretados. El mecanismo más simple y barato es un controlador directo, bajo el control del operador, pero debido al tiempo prolongado que se necesita para liberar el disparador una vez que la tuerca se haya apretado, este tipo de controlador transiere un torque de reacción muy grande hacia el brazo del operario. Los embragues de fricción mecánica permiten que el eje se deslice, lo que reduce, en parte, esta torsión de reacción. Un mecanismo más adecuado para reducir la torsión de reacción es el apagado mediante un lujo de aire, el cual sensa automáticamente cuándo se debe cortar el suministro de aire a medida que la tuerca se aprieta. Un mecanismo todavía más rápido es un embrague mecánico automático de apagado. Entre los mecanismos más recientes se puede mencionar el sistema hidráulico de pulsos, en el cual la energía rotacional proveniente del motor se transiere a través de una unidad de pulsos que contiene un amortiguador de aceite (que iltra los pulsos de alta frecuencia, así como el ruido), y un sistema de pulsos eléctricos similar, los cuales reducen en gran medida el torque de reacción (Freivalds y Eklund, 1993). Las variaciones de la torsión dada a la tuerca depende de varias condiciones, entre las que se destacan: las propiedades de la herramienta; el operador; las propiedades de la articulación, por ejemplo, la combinación del apretador y el material que está siendo apretado (el cual puede variar desde suave, en el cual los materiales cuentan con propiedades elásticas, como los paneles del cuerpo, hasta duro, en los que hay dos supericies rígidas, tales como las poleas de una grúa); y estabilidad del suministro de aire. El torque que experimenta el usuario (el torque de reacción) depende de dichos factores a los cuales se les suma el sistema de apagado del torque. En general, el uso de herramientas eléctricas a velocidades en rpm menores a las normales o la deiciente alimentación de las herramientas neumáticas, dan como resultado torques de reacción más grandes y valores más estresantes. Las herramientas tipo pulsadas generan los menores torques de reacción, quizá debido a que los pulsos cortos “reducen” el torque de reacción. Otros problemas potenciales son el ruido de los mecanismos neumáticos el cual alcanza niveles del orden de los 95 dB(A), niveles de vibración que excedan a los 132 dB(V) y el polvo o humos de aceite que emanan del escape (Freivalds y Eklund, 1993). UTILICE LAS BARRAS DE REACCIÓN Y LOS BALANCEADORES DE HERRAMIENTA EN LAS MÁQUINAS AUTOMÁTICAS Se deben proporcionar barras para el torque de reacción si el torque excede a 53 pulgadas⋅libra (6 N ⋅ m) en el caso de las herramientas alineadas que se utilizan para realizar una acción hacia abajo, 106 pulgadas ⋅ libra (12 N ⋅ m) para las herramientas de agarre tipo pistola que se utilizan en modo horizontal y 444 pulgadas⋅libra (50 N ⋅ m) para herramientas con ángulo recto que se utilizan en movimiento hacia abajo y hacia arriba (Mital y Kilbom, 1992). 5.5 175 Principios del diseño de trabajo: herramientas Principios básicos 1. ¿La herramienta realiza la función deseada de manera eficiente? 2. ¿La herramienta se adecua al tamaño y fuerza del operador? 3. ¿Se puede utilizar la herramienta sin que cause fatiga? 4. ¿Proporciona la herramienta retroalimentación sensorial? 5. ¿Son razonables los costos de capital y mantenimiento de las herramientas? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Detalles anatómicos 1. Si se requiere de fuerza, ¿puede tomarse la herramienta mediante un agarre de fuerza (es decir, con la mano)? 2. ¿Se puede utilizar la herramienta sin abducir los hombros? 3. ¿Se puede utilizar la herramienta con un ángulo de 90º en los codos (es decir, con los antebrazos en dirección horizontal)? 4. ¿Se puede utilizar la herramienta con las muñecas extendidas? 5. ¿El mango de la herramienta cuenta con superficies de contacto grandes para distribuir las fuerzas? 6. ¿Puede utilizarse bancota herramienta de manera cómoda por el 5o. percentil de operadores mujeres? 7. ¿Puede utilizarse la herramienta con cualquier mano? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Mangos y agarraderas 1. Para usos de trabajo pesado, ¿es el mango de la herramienta de 1.5 a 2 pulgadas de diámetro? a) ¿Puede tomarse el mango con el dedo pulgar y los demás dedos ligeramente sobrepuestos? 2. En tareas de precisión, ¿es el mango de la herramienta de 5/16 a 5/8 pulgadas de diámetro? 3. ¿Es la sección transversal del mango circular? 4. ¿Es la longitud del mango de al menos 4 pulgadas (5 pulgadas si se usan guantes)? 5. ¿Tiene la superficie del mango una fina textura y una ligera compresibilidad? 6. ¿Es el mango no conductor y libre de manchas? 7. Para usos de trabajo pesado, ¿tiene la herramienta una sujeción tipo pistola con un ángulo de 78º? 8. ¿Puede una herramienta de dos mangos ser operada con menos de 20 libras de fuerza de agarre? 9. ¿Está la longitud de los mangos de las herramientas entre el rango de 2¾ y 3¼? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Consideraciones sobre las herramientas automáticas 1. ¿Son las fuerzas de activación del disparador menores a 1 libra? 2. En caso de uso repetitivo, ¿está presente el disparador con barra para los dedos? 3. ¿Se requiere de un número menor a 10 000 acciones de disparo por turno? 4. ¿Se proporciona una barra de reacción para torques que excedan: a) 50 pulgadas-libra para herramientas en línea? b) 100 pulgadas-libra para herramientas de sujeción tipo pistola? c) 400 pulgadas-libra para herramientas con ángulo recto? 5. ¿La herramienta crea menos de 85 dBA en un día completo de exposición al ruido? 6. ¿Vibra la herramienta? a) ¿Están las vibraciones fuera del rango de 2 a 200 Hz? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Aspectos diversos y consideraciones generales 1. Para uso general, ¿es el peso de la herramienta menor a 5 libras? 2. Para trabajos que requieren de precisión, ¿es el peso de la herramienta menor a 1 libra? 3. Para uso extendido, ¿se encuentra la herramienta suspendida? 4. ¿Está la herramienta balanceada (es decir, el centro de gravedad se encuentra en el eje de sujeción? 5. ¿Se puede utilizar la herramienta sin guantes? 6. ¿Tiene la herramienta topes para limitar el cierre y prevenir el mordisco? 7. ¿Tiene la herramienta las orillas redondeadas y lisas? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Figura 5.34 Lista de verificación para evaluar herramientas. Esta información se resume en una lista de veriicación para la evaluación de herramientas (vea la igura 5.34). Si la herramienta no cumple con las recomendaciones y características deseables, debe rediseñarse o reemplazarse. 176 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas RESUMEN Muchos factores tienen un efecto signiicativo en la productividad y el bienestar del operador de una estación de trabajo. Es necesario aplicar la tecnología ergonómica más actual al equipo que se utiliza, así como también a las condiciones generales que rodean al área de trabajo. Además, se debe proporcionar una lexibilidad adecuada al lugar donde está el equipo y al ambiente de la estación de trabajo, de tal manera que se puedan satisfacer las variaciones en cuanto a altura, alcance, fuerza, tiempo de relejos, etc., del empleado. Una mesa de trabajo que tenga 32 pulgadas (81 cm) de altura está muy bien para una trabajador de 75 pulgadas (191 cm), pero sería demasiado alta para un empleado de 66 pulgadas (167.6 cm). Las estaciones de trabajo y sillas con altura ajustable pueden satisfacer las demandas de un gran número de empleados, con base en más o menos dos desviaciones estándar con respecto a la norma. En la medida que se pueda ofrecer un centro de trabajo lexible que satisfaga a toda la variedad de trabajadores, serán mejores los resultados de productividad y la satisfacción del trabajador. De la misma forma en que existen variaciones signiicativas en cuanto a altura y tamaño de la fuerza de trabajo, existen variaciones iguales o mayores de su capacidad visual, habilidad para oír, para sentir y su destreza manual. La gran mayoría de las estaciones de trabajo pueden mejorarse. La aplicación de los aspectos ergonómicos junto con la ingeniería de métodos dará como resultado ambientes de trabajo competitivos y más eicientes, que mejorarán el bienestar de los trabajadores, la calidad del producto, la facturación del negocio y el prestigio de la organización. PREGUNTAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. ¿Cuál es el ancho que debe tener una silla para que satisfaga a 90% de los adultos? Compare y contraste las tres diferentes estrategias de diseño. Explique cómo se podría determinar adecuadamente la altura de la supericie de trabajo. ¿Cuáles son las características críticas de una silla bien diseñada desde el punto de vista ergonómico? ¿Cuáles deben ser ajustables? ¿Cuál es el principio en el que se basa el diseño de un asiento tipo montura? ¿Qué es la lordosis y cómo se relaciona con el soporte lumbar? ¿Cuál es el principio de diseño de los tapetes antifatiga? ¿Cuál es el principio de diseño de la distribución adecuada de contenedores, partes y herramientas en una supericie de trabajo? ¿Por qué es un accesorio tan importante en el lugar de trabajo? Haga una lista de tantas como le sea posible. ¿A qué se reiere el principio de Warrick respecto al diseño de controles y pantallas? ¿Cuál es la línea de vista óptima? Elabore una lista de los tres principios que sustentan la distribución de los componentes en un tablero. ¿Qué es el efecto de rango? Haga una lista de los tres principios de la compatibilidad efectiva control-pantalla. ¿Qué es la codiicación operacional? ¿Cuál es la desventaja principal de los controles táctiles? ¿Cómo se le conoce al “movimiento de control sin respuesta del sistema”? Si la relación C/R aumenta de 1.0 a 4.0, ¿qué pasa con el tiempo de recorrido, el tiempo de ajuste y el tiempo total? ¿Cuáles son los tres factores más importantes de la tarea que conducen a desórdenes de trauma acumulativo? ¿Cuál es el factor más importante que provoca el dedo blanco? ¿Qué es el dedo de disparo? Describa el progreso del estado de la enfermedad del síndrome del túnel carpal. Diseñe un mango ergonómico e indique todos los principios que se deben utilizar en su diseño. ¿Cuáles son las preocupaciones clave en el diseño de una herramienta automática? PROBLEMAS 1. Debido al desastre del Challenger, la NASA decidió diseñar un sistema de escape personal (es decir, un compartimiento de lanzamiento) para cada astronauta del transbordador espacial. En razón de que Problemas Paracaídas 7 Controles CONTROLS 4 2 Oxígeno 1 Combustible para la propulsión 6 Baterías Calefacción Escudo 3 5 Característica del compartimiento de lanzamiento 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Característica corporal Principio de diseño Valor real Altura del asiento Profundidad del asiento Altura de la palanca Altura de compartimiento Profundidad del área para los pies Profundidad del área para las piernas Profundidad de la cámara Ancho del compartimiento Límite de peso el espacio es un factor de primordial importancia, el diseño antropométrico apropiado es un aspecto crucial. Asimismo, debido a restricciones presupuestales, el diseño debe ser no ajustable; es decir, el mismo diseño debe funcionar para todos los astronautas presentes y futuros, hombres y mujeres. Para cada una de las características del compartimiento de lanzamiento, indique la característica corporal utilizada en el diseño, el principio de diseño utilizado y el valor real (en pulgadas) que se empleará en su construcción. 2. Se le pide que diseñe un tablero de control/pantalla para el lanzamiento de escape de la NASA. Después del escape inicial, la propulsión se utilizará para desacelerar respecto al campo gravitacional terrestre. El paracaídas puede liberarse sólo dentro de un rango de altura reducido. Distribuya las siete pantallas/controles utilizando los cuadrantes del mismo tamaño que se muestran en el tablero de control que aparece en la tabla siguiente. Explique la lógica que siguió al realizar su distribución. 177 178 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas 30ⴗ por arriba 20ⴗ 10ⴗ Nivel de los ojos 10ⴗ 20ⴗ 30ⴗ Hombro izquierdo Hombro derecho Hacia arriba A Hacia arriba B D E Porcentaje de tiempo de vista Control/Pantalla A B C D E F G C Liberación del lanzamiento Nivel de combustible de propulsión Indicador de la velocidad del aire Presión de oxígeno Nivel de alimentación eléctrica Indicador de altitud Liberación del paracaídas 1 20 15 1 2 60 1 F G Importancia Crítico Muy importante Importante Sin importancia Importante Crítico Crítico Núm. de veces utilizados 1 10 5 2 3 50 1 3. La Fundición Dorben utiliza una grúa con una cabeza magnética para cargar desperdicio de hierro en un horno de oxígeno. El operador de ella utiliza varias palancas con el in de controlar los tres grados de libertad que necesita la grúa y su cabeza magnética. Se utiliza un control para activar/desactivar el empuje magnético de la cabeza. El operador está ubicado en la parte superior de la operación mirando hacia abajo la mayor parte del tiempo. Los operadores se quejan con frecuencia de dolores en la espalda. La información sobre diversos controles por palanca disponibles en el mercado es la siguiente: Palanca A B C D a) b) c) Distancia de lanzamiento (pulgadas) Movimiento de la grúa (pies) Tiempo para llegar al objetivo(s) 20 20 20 20 20 10 80 40 1.2 2.2 1.8 1.2 Diseñe un sistema de control apropiado para el operador de la grúa. Indique el número de controles necesarios, su ubicación (especialmente con referencia a la línea de vista del operador), su dirección de movimiento y su tipo de retroalimentación. Exprese una relación control-respuesta apropiada para estos controles. ¿Qué otros factores pueden ser de importancia para diseñar estos controles? 4. A continuación se muestran datos de dos coniguraciones diferentes control-respuesta. Con base en dichos datos, ¿cuál es la relación C/R óptima para cada coniguración? ¿Qué coniguración (setup) considera que es la mejor? Problemas Configuración A B Relación C/R Tiempo de recorrido (s) Tiempo de ajuste (s) 1 5 10 20 0.1 1 5 10 5 2 0.5 0.1 2 10 15 20 1 3 5 10 6 5 4 3 5. En una planta pequeña de manufactura, el cautín que se muestra en la ilustración se utiliza para soldar las conexiones de un tablero vertical de grandes dimensiones. El año pasado se reportó que en este trabajo se habían producido varias lesiones músculo-esqueléticas además de muchas quejas por parte de los operadores. En general, parece ser que: a) b) c) d) Resulta difícil ver el punto de aplicación cuando se está utilizando esta herramienta. Los operadores sujetan innecesariamente la herramienta con mucha fuerza. El cable de alimentación tiende a enredarse. Los operadores se quejan de dolor en las muñecas. Rediseñe el cautín con el in de eliminar los problemas mencionados anteriormente. Haga hincapié en la ergonomía u otras características especiales que usted haya incorporado a su diseño. 6. Utilice el índice de riesgos CTD para calcular el riesgo potencial de lesiones en la mano derecha de las siguientes tareas que se muestran en la página Web: a) b) c) d) e) f) g) h) Extrusiones de estampado: suponga una fuerza de sujeción de 30% MVC. Acoplamientos terminales del estampado: suponga una fuerza de sujeción de 15% MVC. Ensamble relámpago: suponga una fuerza de sujeción de 15% MVC. Ensamble de unión: suponga una sujeción de 15% MVC. Ensamble de las guías de las camas de hospitales: suponga una fuerza de sujeción de 30% MVC. Cosido (prendas): suponga una fuerza de sujeción de 30% MVC. Etiquetado (prendas): suponga una fuerza de agarre de 15% MVC. Cortar y etiquetar (prendas): suponga una fuerza de sujeción de 30% MVC. 7. El trabajador que se muestra en la parte inferior está colocando 4 tornillos en un tablero con una herramienta automática. Su producción es de 2 300 paneles por turno de 8 horas. ¿Qué problemas ergonómicos especíicos se pueden encontrar en este trabajo? Para cada problema: a) especiique una mejora ergonómica que corregiría el problema y b) proporcione un principio especíico de diseño de trabajo que apoye este cambio de método. 179 180 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas REFERENCIAS An, K., L. Askew y E. Chao, “Biomechanics and Functional Assesment of Upper Extremities”, en Trends in Ergonomics/Human Factors III. Ad. W. Karwowski, Amsterdam: Elsevier, 1986, pp. 573-580. Andersson, E. R., “Design and Testing of a Vibration Attenuating Handle”, en International Journal of Industrial Ergonomics, 6, núm. 2 (septiembre de 1990), pp. 119-125. Andersson, G. B. J., R. Ortengren, A. Nachemson y G. Elfstrom, “Lumbar Disc Pressure y Myoelectric Back Muscle Activity During Sitting”, I, Studies on an Experimental Chair, Scandinavian Journal of Rehabilitation Medicine, 6(1974), pp. 104-114. 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Safework (2000) Inc., 3400 de Maisonneuve Blvd. West, Suite 1430, Montreal, Quebec, Canada H3Z 3B8. 181 182 CAPÍTULO 5 Lugar de trabajo, equipo y diseño de herramientas SITIOS EN INTERNET CTD News: http://ctdnews.com/ CTD Resource Network: http://www.ctdrn.org/ ErgoWeb: http://www.ergoweb.com/ Ejemplos de un mal diseño ergonómico: http://www.baddesigns.com/ CAESAR: http://store.sae.org/caesar 6.1 Iluminación Diseño del ambiente de trabajo CAPÍTULO 6 PUNTOS CLAVE • • • Proporcione iluminación general y sobre las tareas: evite el relejo. • • • Proporcione movimiento de aire general y ventilación local en las áreas calientes. Controle el ruido en la fuente. Controle el estrés producido por el calor mediante la protección contra la radiación y la ventilación. Humedezca los mangos de las herramientas y los asientos con el in de reducir la vibración. Implante turnos rotatorios hacia adelante en caso de que no pueda evitar el trabajo en turno nocturno. L os analistas de métodos deben proporcionar condiciones de trabajo que sean buenas, seguras y cómodas para el operador. La experiencia ha demostrado de manera contundente que las plantas con buenas condiciones de trabajo rinden mucho más que las que carecen de ellas. Desde el punto de vista económico, el retorno de la inversión en un ambiente de trabajo mejorado es generalmente signiicativo. Además de incrementar la producción, las condiciones de trabajo ideales mejoran la seguridad registrada; reducen el ausentismo, el número de personas que llegan tarde y la rotación de personal; eleva la moral de los empleados; y mejora las relaciones públicas. En este capítulo se presentan con mayor detalle los niveles aceptables a los que deben equipararse las condiciones de trabajo así como las medidas de control que se recomiendan para supervisar las áreas problemáticas. 6.1 ILUMINACIÓN TEORÍA La luz es detectada por el ojo humano (vea la igura 6.1) y procesada en una imagen por el cerebro. Éste es un proceso muy complejo donde los rayos de luz pasan a través de la pupila, una abertura del ojo, y a través de la córnea y la lente, los cuales enfocan los rayos luminosos sobre la retina en la parte posterior del globo ocular. La retina se compone de receptores fotosensibles, los bastones, los cuales son sensibles al blanco y negro, especialmente en la noche, pero tienen una pobre agudeza visual, y los conos, sensibles a los colores en la luz del día y tienen buena agudeza visual. Los conos se encuentran concentrados en la fovea, mientras que los bastones se encuentran diseminados por toda la retina. Las señales eléctricas provenientes de los fotorreceptores se juntan y se transieren 183 183 184 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo Iris Retina Lente Humor vítreo Fovea Pupila Córnea Humor acuoso Nervio óptico Figura 6.1 El ojo humano. mediante el nervio óptico al cerebro, donde la luz proveniente de una fuente externa se procesa e interpreta. La teoría básica de la iluminación se aplica a una fuente puntual de luz (como una vela, por ejemplo) de una determinada intensidad luminosa, medida en candelas (cd) (vea la igura 6.2). La luz emana esféricamente en todas direcciones desde su origen con fuentes de 1 candela que emiten 12.57 lúmenes (lm)(en función al área de la esfera, 4pr2). La cantidad de luz que incide sobre una supericie o una sección de esta esfera se llama iluminación o iluminancia y se mide en fotocandelas (fc). La cantidad de luz que incide sobre una supericie se reduce en función del cuadrado de la distancia d en pies que hay entre la fuente y la supericie: Iluminancia = intensidadNd2 Parte de esa luz es absorbida y una parte se releja (en el caso de materiales translúcidos, una parte también se transmite), lo cual permite a los seres humanos “ver” ese objeto y proporciona una percepción de brillantez. A la cantidad de luz que se releja se le conoce como luminancia y se mide 1 pie de radio Superficie esférica de 1 m2 de área 1 metro de radio Superficie esférica de 1 pie2 de superficie I I I IIII I II I I I I I I I I I I I II I II I I I I I I I I II I II I I I I I II I II I II I I I I II I Figura 6.2 Ilustración de la distribución de la luz proveniente de una fuente luminosa que se rige por la ley cuadrada inversa. (Fuente: General Electric Company, 1965, p. 5.) Fuente de luz de 1 cd o 12.57 lúmenes de salida Iluminación de 1 fc o 1 lumen/pie2 o 10.76 lux Iluminación de 1 lux o 1 lumen/m2 o 0.0926 fc 6.1 Tabla 6.1 Iluminación Reflectancias de acabados típicos de pintura y madera Color o acabado Blanco Beige claro Gris claro Amarillo claro Café claro Verde claro Azul claro Amarillo medio Café medio Gris medio Verde medio Porcentaje de luz reflejada 85 75 75 75 70 65 55 65 63 55 52 Color o acabado Azul medio Gris oscuro Rojo oscuro Café oscuro Azul oscuro Verde oscuro Arce Satín Nogal Caoba Porcentaje de luz reflejada 35 30 13 10 8 7 42 34 16 12 en pie-lamberts (fL). Ella está determinada por las propiedades de relexión de la supericie, conocidas como relectancia: Luminancia = luminiscencia × relectancia La relectancia es una proporción adimensional y varía de 0 a 100%. El papel blanco de alta calidad tiene una relectancia de alrededor de 90%, el papel periódico y el concreto alrededor de 55%, el carbón 30% y la pintura negro mate 5%. Las relectancias de las diferentes pinturas de colores o acabados se muestran en la tabla 6.1. VISIBILIDAD La claridad con las que las personas ven los objetos se conoce con el nombre de visibilidad. Los tres factores críticos de la visibilidad son el ángulo visual, el contraste y el más importante, la iluminancia. El ángulo visual se deine como el ángulo subtendido en el ojo por el objetivo mientras que el contraste es la diferencia en luminancia entre el objetivo visual y su fondo. Por lo general, el ángulo visual se deine en minutos de arco (1/60 de grado) para objetivos pequeños como, Ángulo visual (minutos de arco) = 3 438 × hNd donde h es la altura del objetivo o detalle crítico (o ancho de una pincelada para cuestiones impresas), mientras que d es la distancia que existe entre el objetivo y el ojo (en las mismas unidades que h). Contraste se puede deinir de diferentes maneras, una de las cuales es: Contraste = (Lmáx – Lmín)NLmáx donde L = luminancia. El contraste, entonces, está relacionado con la diferencia entre las luminancias máxima y mínima del objetivo y del fondo. Observe que el contraste es adimensional. Otros factores menos importantes relacionados con la visibilidad son el tiempo de exposición, el movimiento del objetivo, la edad, la ubicación conocida y el entrenamiento, el cual no se incluirá aquí. La relación entre estos tres factores críticos fue cuantiicada por Blackwell (1959) en una serie de experimentos que condujeron al desarrollo de los estándares de la Sociedad de Ingeniería en Iluminación de Norteamérica (IESNA, 1995) para la iluminación. A pesar de que las curvas Blackwell (vea la igura 6.3) como tales no se utilizan a menudo en la actualidad, muestran la relación entre el tamaño del objeto, la cantidad de iluminación (en este caso, medida como la luminancia relejada en el objetivo) y el contraste entre el objetivo y el fondo. Por lo tanto, a pesar de que aumentar la cantidad de iluminación es el método más sencillo para mejorar la visibilidad de la tarea, también se puede mejorar si se incrementa el contraste o el tamaño del objetivo. 185 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo arc d (en minutos) 1 1/3 de segundo de exposición con 50% de exactitud 1 Figura 6.3 Curvas de contraste de umbral parejo de discos de diámetro d. Contraste logarítmico del objetivo 186 (Adaptado de: Blackwell, 1959.) 2 0 4 40 60 ⴚ1 ⴚ2 ⴚ2 ⴚ1 1 2 0 Luminancia logarítmica del fondo (fL) 3 ILUMINANCIA Reconociendo la complejidad que implica extender la teoría de la fuente puntual a las fuentes luminosas reales (las cuales pueden ser cualquier cosa que sea diferente a una fuente puntual) y algunas de las incertidumbres o restricciones del experimento de laboratorio de Blackwell (1959), el IESNA adoptó un método mucho más sencillo para determinar los niveles mínimos de iluminación (IESNA, 1995). El primer paso consiste en identiicar el tipo de actividad general que se va a realizar y clasiicarlo en una de las nueve categorías que se muestran en la tabla 6.2. Una lista más extensa de las tareas especíicas de este proceso se puede encontrar en IESNA (1995). Observe que las categorías A, B y C no involucran tareas visuales especíicas. Para cada categoría existe un rango de iluminancia (baja, media, alta). El valor adecuado se selecciona mediante el cálculo de un factor de ponderación (–1, 0, +1) con base en tres tareas y características del trabajador, las cuales se muestran en la tabla 6.3. Dichas ponderaciones, posteriormente se suman con el in de obtener el factor total de ponderación. Observe que puesto que las categorías A, B y C no involucran tareas visuales, no se utiliza la característica velocidad/exactitud para estas categorías por lo que se usan las supericies totales del espacio en lugar de usar el fondo de la tarea. Si la suma total de los dos o tres factores de ponderación es –2 o –3, se debe utilizar el menor valor de las tres luminiscencias; si es –1, 0 o +1, se utiliza el valor medio; y si es +2 o +3, se utiliza el valor más alto. En la práctica, por lo general la iluminación se mide con un medidor de luz (parecido al que tienen las cámaras, pero en unidades diferentes), mientras que la luminiscencia se mide con un fotómetro (típicamente como una unidad independiente del medidor de luz). Por lo general, la relectancia se calcula como la relación entre la luminancia de la supericie objeto y la luminancia de una supericie estándar de relectancia conocida (por ejemplo, una tarjeta neutral de prueba Kodak de relectancia = 0.9) colocada en la misma posición que la supericie del objetivo. La relectancia del objetivo es, entonces, relectancia = 0.9 × Lobjetivo NLestándar FUENTES DE LUZ Y SU DISTRIBUCIÓN Después de determinar las necesidades de iluminación del área en estudio, los analistas seleccionan las fuentes de luz artiicial apropiadas. Dos importantes parámetros relacionados con la luz artiicial son la eiciencia [salida de luz por unidad de energía, típicamente, lumens por watt (lm/W)]; y el procesamiento del color. La eiciencia es particularmente importante ya que está relacionada con el costo; las fuentes luminosas eicientes reducen el consumo de energía. El procesamiento del color se relaciona con la cercanía con la que los colores percibidos del objeto observado coinciden 6.1 Tabla 6.2 Categoría Iluminación 187 Niveles de iluminación recomendados para utilizarse en el diseño de alumbrado en interiores Rango de luminiscencia (fc) Tipo de actividad Área de referencia A 2-3-5 Áreas públicas con inmediaciones oscuras B 5-7.5-10 Orientación simple para visitas temporales breves C 10-15-20 Espacios de trabajo donde las tareas visuales se realizan sólo en ocasiones. D 20-30-50 Realización de tareas visuales de gran contraste y tamaño, por ejemplo, lectura de material impreso, captura de originales, escritura a mano con tinta y xerografía; trabajo rudo de prensa y máquina; inspección ordinaria; ensamblado rudo. E 50-75-100 Realización de tareas visuales de contraste medio o pequeño tamaño, por ejemplo, lectura de manuscritos a lápiz, material con muy baja calidad de impresión y reproducción; trabajo mediano de prensa y máquina; difícil inspección; ensamblado medio. F 100-150-200 Realización de tareas visuales de bajo contraste y tamaño muy pequeño, por ejemplo, lectura de manuscritos con lápiz duro sobre papel de muy baja calidad y material pobremente reproducido; inspección altamente difícil, ensamble difícil. G 200-300-500 Realización de trabajos visuales de bajo contraste y tamaño muy pequeño por un periodo prolongado, por ejemplo, ensamble fino; inspección muy difícil; trabajo fino de prensa y máquina; ensamble extrafino. H 500-750-1 000 Realización de trabajos visuales muy precisos y prolongados, por ejemplo, inspección difícil; trabajo extrafino de prensa y máquina; ensamble extrafino. I 1 000-1 500-2 000 Realización de trabajos visuales muy especiales de extremadamente bajo contraste y pequeño tamaño, por ejemplo, procedimientos quirúrgicos. Alumbrado general a través de un cuarto o área. Luminancia en la tarea Luminancia sobre la tarea a través de combinación de alumbrados locales generales y complementarios. Fuente: Adaptado del IESNA, 1995. Tabla 6.3 Factores de ponderación que deben tomarse en cuenta en la selección de los niveles de iluminación específicos dentro de cada categoría de la tabla 6.2 Peso Características de la tarea y del trabajador Edad Reflectancia del fondo de la tarea/superficie Velocidad y precisión (sólo de las categorías D-I) –1 0 +1 <40 >70% 40-55 30-70% >55 <30% Sin importancia Importante Crítico (Adaptado del IESNA, 1995.) con los colores percibidos del mismo objeto cuando éste se encuentra iluminado mediante fuentes de luz estándar. Las fuentes de luz más eicientes (sodio a alta y baja presión) tienen características de procesamiento de regulares a malas y, en consecuencia, no son apropiadas para ciertas operaciones de inspección donde es necesario realizar una buena discriminación de colores. La tabla 6.4 188 CAPÍTULO 6 Tabla 6.4 Diseño del ambiente de trabajo Fuentes de luz artificiales Tipo Eficiencia (lm/W) Incandescente 2-3-5 Fluorescente Procesamiento de los colores Comentarios Bueno Fuente de luz utilizada muy comúnmente, pero que es la menos eficiente. El costo de la lámpara es bajo. La vida útil de la lámpara es típicamente menor a 1 año. 5-7.5-10 Regular a bueno La eficiencia y el procesamiento de colores varía de manera muy significativa en función del tipo de lámpara: blanco frío, blanco caliente, blanco frío deluxe. Se puede reducir significativamente el costo de la energía con las novedosas lámparas ahorradoras de energía y los balastros. La vida útil de la lámpara es de 5 a 8 años, típicamente. Mercurio 10-15-20 Muy malo a regular Lámpara con una vida útil muy larga (de 9 a 12 años), pero su eficiencia se reduce considerablemente con el tiempo. Haluro de metal 20-30-50 Regular a moderado El procesamiento de colores es adecuado para muchas aplicaciones. La vida útil de la lámpara es, típicamente, de 1 a 3 años. Sodio a alta presión 50-75-100 Regular Fuente de luz muy eficiente. La vida útil de la lámpara es de 3 a 6 años con periodos promedio de falla de hasta 12 h/día. Malo Es la fuente de luz más eficiente. La vida útil de la lámpara es de 4 a 5 años con periodos promedio de falla de hasta 12 h/día. Se utiliza principalmente para iluminar caminos y bodegas. Sodio a baja presión 100-150-200 Fuente: Cortesía de la Sección de Factores Humanos, Eastman Kodak Co. Nota: Se indican la eficiencia (columna 2) en lúmenes por watt (lm/W) y el procesamiento de colores (columna 3) de seis fuentes de luz utilizadas con frecuencia (columna 1). La vida útil de la lámpara y otras características se proporcionan en la columna 4. El procesamiento de colores es una medida de cómo se ven los colores bajo cualquiera de estas fuentes de luz en comparación con su color bajo una fuente de luz estándar. Los valores elevados de esta eficiencia representan una mejor conservación de la energía. proporciona información acerca de la eiciencia y el procesamiento del color correspondientes a los tipos principales de luz artiicial. En la igura 6.4 se muestran las fuentes luminosas industriales más comunes, es decir, las luminarias. Las luminarias para iluminación general se clasiican de acuerdo con el porcentaje de la salida total de luz emitida por arriba y por debajo de la horizontal (vea igura 6.5). La iluminación indirecta alumbra el techo, el cual, a su vez, releja luz hacia abajo. Por lo tanto, los techos deben ser la supericie más brillante en el cuarto (vea la igura 6.6), con relectancias superiores a 80%. Las demás áreas del cuarto deben relejar porcentajes cada vez más reducidos de luz a medida que uno se mueve en dirección hacia abajo desde el techo hasta alcanzar el piso, el cual no debe relejar más de 20% a 40% de la luz con el in de evitar el relejo. Para evitar la luminancia excesiva, las luminarias deben estar uniformemente distribuidas por todo el techo. El alumbrado directo resta importancia a la supericie del techo e ilumina con mayor intensidad las supericies de trabajo y el piso. El alumbrado directo-indirecto representa una combinación de ambos. Esta distribución del alumbrado es importante, puesto que el IESNA (1995) recomienda que la relación de luminancias de cualquiera de las áreas adyacentes al campo visual no exceda el valor 3/1. El propósito de ello es evitar el relejo y los problemas de adaptación. EJEMPLO 6.1 Cálculo de la iluminación requerida Considere a trabajadores de todas las edades que realizan un ensamble importante en un medio difícil en una estación de trabajo metálica oscura con una relectancia de 35%. Los pesos apropiados serían: edad = +1, relectancia = 0 y exactitud = 0. El peso total de +1 implica que se deberá utilizar el valor medio de la categoría E con una iluminación requerida de 75 fc. 6.1 Iluminación 189 d) a) b) c) Figura 6.4 Tipos de luminarias industriales montadas en el techo: a), c) iluminación hacia abajo, b), d) difusa, e) ubicación del amortiguamiento de la luz, f ) bahía luminosa, g) bahía inferior. (De: IESNA, 1995.) g) e) f) Figura 6.5 a) b) c) Techos: 80% o más Las luminarias que se utilizan para la iluminación general se clasiican de acuerdo con el porcentaje de salida total de luz emitida por arriba o por debajo respecto a la horizontal. Tres de las clasiicaciones son a) iluminación directa, b) iluminación indirecta, y c) iluminación directa-indirecta. (De: IESNA, 1995.) Particiones: 40-70% Muebles: 25-45% Paredes: 50-70% Pisos: 20-40% Figura 6.6 Reflectancias recomendadas para las superficies de los cuartos y el mobiliario de las oficinas. (De: IESNA, 1995.) REFLEJO El relejo es el brillo excesivo del campo de visión. Esta excesiva luz, que se esparce en la córnea, lentes y aun en los lentes de corrección (Freivalds, Harpster y Heckman, 1983), reduce la visibilidad de tal manera que se requiera de tiempo adicional para que los ojos se adapten de una condición con mucha luz a otra más oscura. Además, desafortunadamente, los ojos tienden a ser atraídos directamente a la fuente luminosa más potente, lo cual se conoce con el nombre de fototropismo. El relejo puede ser directo, como el causado por fuentes luminosas directamente en el campo de visión, o indirecto, como el que se releja de una supericie en el campo de visión. El relejo directo puede reducirse mediante el uso de más luminarias de menor intensidad con bafles o difusores en ellas, se 190 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo Figura 6.7 Ejemplos de la colocación de luminarias complementarias. a) Luminaria colocada para evitar relexiones veladas y el brillo relejado; la luz relejada no coincide con el ángulo de visión. b) La luz relejada coincide con el ángulo de visión. c) Iluminación a un ángulo pequeño (rasante) que destaca las irregularidades de una supericie. d) La fuente y el patrón de radiación de una fuente de gran supericie son relejadas en el ojo. e) Transluminación de una fuente difusa (De: IESNA, 1995). a) b) c) d) e) coloca la supericie del trabajo en posición perpendicular a la fuente de luz y se incrementa la iluminación panorámica del fondo de tal manera que disminuya el contraste. El resplandor que se releja puede reducirse si se utilizan supericies mate o sin brillo, se reorienta la supericie del trabajo o tarea y se llevan a cabo las modiicaciones recomendadas para el relejo directo. Asimismo, se pueden utilizar iltros de polarización en la fuente de luz como parte de las gafas que utiliza el operador. Un problema importante es el efecto estroboscópico provocado por las relexiones de las partes móviles de la maquinaria. En este punto es importante evitar las supericies pulidas tipo espejo. Por ejemplo, las calidades tipo espejo de las pantallas de vidrio de los monitores de las computadoras representan un problema en las áreas de oicinas. La reubicación de los monitores o el uso de un iltro de pantalla podrían ser de gran ayuda. Típicamente, la mayor parte de los trabajos requieren iluminación adicional para la tarea. Ésta puede ofrecerse de una gran cantidad de formas, en función a la naturaleza de la tarea (vea la igura 6.7). COLOR Tanto el color como la textura tienen efectos psicológicos en la gente. Por ejemplo, el amarillo es un color aceptado para la mantequilla; por lo tanto, a la margarina se la debe colorear de amarilla para que atraiga el apetito. La carne representa otro ejemplo. Cocinada por 45 segundos en un horno electrónico no representa un atractivo para los clientes debido a que no tiene esa supericie dorada marrón “apetitosa”. Por ello, fue necesario diseñar un condimento adicional para dorar la carne. En un tercer ejemplo, los empleados de una planta de Midwestern con aire acondicionado se quejaron del excesivo frío, a pesar de que la temperatura se mantuvo a 72°F (22.2°C). Cuando las paredes blancas de la planta fueron pintadas nuevamente de color coral regular, las quejas cesaron. Quizás el uso más importante del color sea el de mejorar las condiciones ambientales de los trabajadores para proporcionarles más confort visual. Los analistas utilizaron los colores para reducir los contrastes agudos, aumentar la relectancia, destacar los riesgos y llamar la atención de ciertos aspectos del entorno de trabajo. Las ventas también resultan afectadas o condicionadas por los colores. La gente reconoce de inmediato los productos de una compañía por el patrón de colores que utiliza en sus paquetes, marcas registradas, encabezados, camiones y ediicios. Diversas investigaciones han comprobado que las preferencias en cuanto a color son inluenciadas por la nacionalidad, localización y clima. Las ventas de un producto anteriormente elaborado con un color aumentaron cuando se añadieron varios colores apropiados a las diferencias en cuanto a las demandas de los clientes. La tabla 6.5 muestra los efectos emocionales típicos y el signiicado psicológico de los colores más comúnmente utilizados. 6.2 RUIDO TEORÍA Desde el punto de vista del analista, el ruido consiste en cualquier sonido indeseable. Las ondas sonoras se originan a partir de la vibración de algún objeto, el cual a su vez forma una sucesión de ondas 6.2 Tabla 6.5 Ruido Significado emocional y psicológico de los colores principales Color Características Amarillo Tiene mayor visibilidad que cualquier color bajo prácticamente todas las condiciones de iluminación. Tiende a insinuar un sentimiento de frescura y resequedad. Puede proporcionar la sensación de riqueza y gloria, pero también puede sugerir cobardía y enfermedad. Naranja Tiende a combinar la alta visibilidad del amarillo con la vitalidad e intensidad característicos del color rojo. Atrae más la atención que cualquier otro color del espectro. Proporciona un sentimiento de calidez y con frecuencia posee un efecto estimulante o gratificante. Rojo Es un color de elevada visibilidad que posee intensidad y vitalidad. Es el color que físicamente se asocia con la sangre. Sugiere calor, estímulo y acción. Azul Es un color de baja visibilidad. Tiende a conducir la mente hacia un estado pensativo y deliberativo. Tiende a ser un color asociado con el apaciguamiento, a pesar de que puede promover una estado depresivo. Verde Es un color con baja visibilidad. Genera un sentimiento de descanso, tranquilidad y estabilidad. Morado y violeta Son colores de baja visibilidad. Están asociados con el dolor, la pasión, el sufrimiento, el heroísmo y otros estados semejantes. Tienden a generar un sentimiento de fragilidad, debilidad y torpeza. de compresión y expansión a través del medio de transporte (aire, agua, etc.). Por lo tanto, el sonido no sólo puede transmitirse a través del aire y de los líquidos, sino que también de sólidos tales como las estructuras de las máquinas herramienta. Sabemos que la velocidad de las ondas sonoras en el aire es de aproximadamente 1 100 pies/s (340 m/s). En los materiales visco-elásticos, tales como el plomo y la masilla, la energía sonora se disipa muy rápido como fricción viscosa. El sonido puede deinirse en términos de las frecuencias que determinan su tono y calidad, junto con las amplitudes que determinan su intensidad. Las frecuencias audibles por el oído humano varían desde aproximadamente 20 a 20 000 ciclos por segundo, comúnmente llamados hertz y abreviados Hz. La ecuación fundamental de la propagación de ondas es: c=fλ donde c = velocidad del sonido (1 100 pies/s) f = frecuencia, (Hz) λ = longitud de onda (pies) Observe que a medida que aumenta la longitud de onda, la frecuencia disminuye. Las ondas de presión sonora son capturadas por el oído humano (vea la igura 6.8) a través de un proceso complejo. El oído externo canaliza las ondas de presión hacia el tambor o membrana timpánica, el cual comienza a vibrar. La membrana está conectada a tres pequeños huesos (martillo, yunque y estribo), los cuales transmiten las vibraciones a la ventana oval de la cóclea. La cóclea es una estructura en forma de bobina llena de luido extendida a lo largo de la membrana basilar que contiene células en forma de cabello con terminaciones nerviosas. Las vibraciones provenientes de los huesos provocan que el luido se mueva como una onda, la cual provoca que las células en forma de cabello vibren, activando dichas terminaciones nerviosas, las cuales transmiten impulsos a través del nervio auditivo hacia el cerebro para su posterior procesamiento. Observe la serie de transformaciones de energía: las ondas originales de presión neumática se convierten en vibraciones mecánicas y después en ondas hidráulicas, posteriormente en vibraciones mecánicas y, por último, en impulsos eléctricos. MEDICIÓN Debido a la gran variedad de intensidades sonoras que se pueden encontrar en el ambiente humano normal, se seleccionó la escala del decibel (dB), que es la relación logarítmica entre la intensidad real 191 192 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo Yunque Martillo Oído interno Nervio auditivo Oído medio Oído externo Cóclea Ventana oval Canal auditivo Estribo Pabellón externo del oído Tambor (membrana timpánica) Membrana basilar Ventana redonda Figura 6.8 El oído humano. del sonido y la intensidad sonora en el umbral del oído de una persona joven. Por lo tanto, el nivel de presión sonora L en decibeles está dado por L ⫽ 20 log10 Prms>Pref donde Prms = raíz media cuadrada de la presión sonora [microbars (µbar)] Pref = presión sonora en el umbral del oído de una persona joven a 1 000 Hz (0.0002 mbar) Debido a que los niveles de presión sonora son cantidades logarítmicas, el efecto de la coexistencia de dos o más fuentes sonoras en un solo punto requiere que la suma logarítmica se lleve a cabo de la manera siguiente: LTOT ⫽ 10 log10 110L1>10 ⫹ 10L2>10 ⫹ p 2 donde L TOT = ruido total L1 y L2 = dos fuentes de ruido El nivel sonoro ponderado A que se utiliza en la igura 6.9 representa la medición del ruido del ambiente más ampliamente aceptada. La ponderación A reconoce que, tanto desde el punto de vista isiológico como psicológico, las bajas frecuencias (de 50 a 500 Hz) son mucho menos molestas y dañinas que los sonidos que se ubican en el rango de frecuencias crítico de 1 000 a 4 000 Hz. Por arriba de la frecuencia de 10 000 Hz, la agudeza auditiva (y, por lo tanto, los efectos del ruido) se reduce de nuevo (vea la igura 6.10). La red electrónica apropiada está construida a partir de medidores de nivel sonoro con el in de atenuar las altas y bajas frecuencias, de tal manera que el medidor de nivel sonoro pueda leerse directamente en unidades dBA, para que correspondan al efecto en el oído humano promedio. PÉRDIDA DEL OÍDO La probabilidad de daño en el oído, que resulta en la sordera del “nervio”, aumenta a medida que la frecuencia se aproxima al rango de 2 400 a 4 800 Hz. Esta pérdida del oído es consecuencia de una pérdida de receptores en el oído interno, los cuales tienen problemas para transmitir las ondas sonoras hacia el cerebro. Asimismo, a medida que el tiempo de exposición aumenta, en especial donde están involucradas las frecuencias más altas, inalmente se presentará una lesión en el oído. Por lo general, la sordera del nervio se debe a la exposición excesiva al ruido. La susceptibilidad de las personas a la sordera por ruido inducido varía ampliamente. 6.2 Sonidos comunes Murmullo Whisper 0 10 Umbral de Apenas audición audible Tren 80 20 Fresadora Grinder 90 100 Muy molesto Habitación 30 Muy silencioso 193 Quiet Vecindario Unidad de aire Air conditioning Neighborhood tranquilo acondicionado Tránsito Unit 40 50 Silencioso Máquina remachar Machine Rivetingpara 110 Ruido 120 60 Intrusivo 70 Avión Large de gran tamaño con propulsores Propeller Aircraft 130 140 Dolorosamente fuerte 150 Jet Aeronave Aircraft 160 Figura 6.9 Valores en decibles de sonidos típicos (dBA). En general, el ruido se clasiica en ruido de banda ancha y ruido signiicativo. El ruido de banda ancha está formado por frecuencias que abarcan una parte signiicativa del espectro sonoro. Este tipo de ruido puede ser continuo o intermitente. El ruido signiicativo representa información de distracción que afecta la eiciencia del trabajador. En situaciones de largo plazo, el ruido de banda ancha puede dar como resultado sordera; en quehacer cotidiano, puede dar como consecuencia una menor eiciencia por parte del trabajador y una comunicación ineiciente. El ruido continuo de banda ancha es típico de industrias como la textil y un taller de herramientas automáticas, donde el nivel de ruido no varía signiicativamente durante todo el día de trabajo. El ruido intermitente de banda ancha es característico de una planta de fundición y un aserradero. Cuando una persona se expone a un ruido que excede el nivel de daño, es probable que el efecto inicial sea la pérdida del oído de manera temporal de la cual se puede recuperar dentro de unas pocas horas después de dejar el ambiente de trabajo. Si la exposición continúa repetidamente por un largo periodo, puede dar como resultado un daño irreversible del oído. Los efectos del ruido excesivo dependen de la energía total que el oído recibe durante el periodo de trabajo. Por lo tanto, la reducción del tiempo de exposición al ruido excesivo durante el turno de trabajo disminuye la probabilidad de lesiones permanentes del oído. Tanto el ruido de banda ancha como el signiicativo han demostrado ser lo suicientemente molestos y distrayentes como para dar por resultado una menor productividad y una mayor fatiga por parte del empleado. Sin embargo, en Estados Unidos se ha promulgado una ley federal principalmente debido a la probabilidad de daño de pérdida permanente del oído por exposición al ruido ocupacional. Los límites establecidos por el OSHA en cuanto a la exposición permisible al ruido se muestran en la tabla 6.6. Cuando los niveles de ruido están determinados por el análisis en la banda de las octavas (un iltro especial conectado al medidor del nivel de ruido que descompone el ruido en sus componentes de frecuencia), el nivel de sonido equivalente ponderado en A puede determinarse de la forma siguiente: graique los niveles de presión sonora en la banda de las octavas en la gráica de la igura 6.10 y observe el nivel sonoro ponderado en A correspondiente al punto de mayor penetración en los contornos del nivel sonoro. Éste es el valor en dBA que se utilizará en futuros cálculos. 194 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo 140 Nivel de presión sonora en la banda de las octavas en decibeles. 130 12 5 120 11 0 110 10 0 100 90 90 12 0 11 5 10 5 95 Nivel de sonido ponderado A 80 Figura 6.10 Contornos de nivel sonoro equivalentes. 100 200 500 1 000 2 000 4 000 8 000 Frecuencia central de la banda en ciclos por segundo DOSIS DE RUIDO La OSHA utiliza el concepto de dosis de ruido. Así, la exposición a cualquier nivel sonoro que se encuentre por arriba de 80 dBA provoca que quien escucha sea afectado por una dosis parcial. Si la exposición total diaria consta de varias exposiciones parciales a diferentes niveles de ruido, las dosis parciales se suman con el in de obtener una exposición combinada: D ⫽ 100 ⫻ 1C1>T1 ⫹ C2>T2 ⫹ p ⫹ Cn>Tn 2 ⱕ 100 donde: D = dosis de ruido C = tiempo de permanencia bajo los efectos de un nivel de ruido especíico (h) T = tiempo permitido bajo los efectos de un nivel de ruido especíico (h) (vea la tabla 6.6) La exposición total a diferentes niveles de ruido no puede exceder a una dosis de 100%. Tabla 6.6 Exposiciones al ruido permitidas Duración por día (horas) 8 6 4 3 2 1.5 1 0.5 0.25 o menor Nivel del sonido (dBA) 90 92 95 97 100 102 105 110 115 Nota: Cuando la exposición diaria al ruido está compuesta por dos o más periodos de exposición a ruido de diferentes niveles, se debe considerar su efecto combinatorio en lugar de los efectos independientes de cada uno de ellos. Si la suma de las fracciones siguientes C1/T1 ⫹ C2/T2 ⫹ . . . ⫹ Cn/Tn excede a la unidad, se debe considerar la exposición combinada para exceder el valor límite. Cn indica el tiempo total de exposición a un nivel de ruido específico, mientras que Tn es igual al tiempo total de exposición permitida durante el día laboral. La exposición al ruido impulsivo o de impacto no debe exceder el nivel de presión sonora pico de 140 dB. 6.2 195 Ruido Cálculo de la dosis de ruido de la OSHA Un trabajador está expuesto a 95 dBA por un periodo de 3 horas y a 90 dBA por uno de 5 horas. A pesar de que cada dosis parcial es admisible de forma independiente, la dosis combinada no lo es: 3 5 D ⫽ 100 ⫻ a ⫹ b ⫽ 137.5 7 100 4 8 Por lo tanto, 90 dBA representa el nivel máximo permisible en un día de 8 horas pero, para cualquier nivel de sonido por arriba de 90 dBA, se requiere de un mecanismo de atenuación. Todos los niveles sonoros entre 80 y 130 dBA deben incluirse en los cálculos de la dosis de ruido (a pesar de que no estén permitidos los niveles continuos superiores a 115 dBA). Puesto que la tabla 6.6 proporciona sólo ciertos tiempos clave, se puede utilizar una fórmula computacional para determinar los niveles intermedios de ruido: T ⫽ 8>21L⫺902>5 donde L = nivel de ruido (dBA). La dosis de ruido también puede convertirse en un nivel sonoro promedio ponderado en tiempo de 8 horas (TWA). Éste es el nivel de sonido que produciría una determinada dosis de ruido si un trabajador fuera expuesto a ese nivel sonoro de manera continua en un día laboral de 8 horas continuas. El TWA se deine como TWA ⫽ 16 .61 ⫻ log10 1D>1002 ⫹ 90 Por lo tanto, en el último ejemplo, una dosis del 139.3% nos dará un TWA de TWA ⫽ 16 .61 ⫻ log10 1139 .3>1002 ⫹ 90 ⫽ 92 .39 dB En la actualidad, la OSHA también requiere un programa obligatorio de conservación de la audición que incluya la supervisión de la exposición al ruido, la realización de audiometrías y el entrenamiento para todos los empleados que estén bajo los efectos de un ruido ocupacional que sea igual o mayor a un TWA de 85 dB. A pesar de que es probable que los niveles de ruido por debajo de 85 dB no puedan provocar la pérdida del oído, contribuyen a incrementar la distracción y el aburrimiento, lo cual da como resultado un pobre desempeño por parte del trabajador. Por ejemplo, los ruidos típicos que se presentan en un ambiente de oicinas, a pesar de no ser muy intensos, pueden provocar diicultad para concentrarse, lo cual provoca una baja productividad en el diseño y otros trabajos creativos. Asimismo, la eicacia del teléfono y las comunicaciones cara a cara puede ser signiicativamente menguada por los niveles de ruido menores a 85 dB. EFECTOS SOBRE EL DESEMPEÑO En general, la disminución del desempeño se observa más a menudo en los trabajos difíciles que demandan un alto grado de capacidad de percepción, de procesamiento de información y de memoria de corto plazo. Para su sorpresa, el ruido puede no tener ningún efecto o, inclusive, puede mejorar el desempeño en tareas rutinarias sencillas. Sin la fuente de ruido, la persona se distraería y aburriría. Evitar la molestia es aún más complicado, especialmente cuando ésta se encuentra cargada con problemas emocionales. Los factores acústicos, tales como la intensidad, la frecuencia, la duración, las luctuaciones de nivel y la composición espectral juegan un papel muy importante, así como también los factores no acústicos como la experiencia que se ha tenido en el pasado con el ruido, la actividad, la personalidad, la predicción de la ocurrencia del ruido, la hora del día, la época del año y el tipo de instalaciones. Existen aproximadamente una docena de métodos diferentes para evaluar los aspectos que producen molestia (Sanders y McCormick, 1993). Sin embargo, la mayoría de estas mediciones involucran problemas de tipo comunitario con niveles de ruido en el rango de 60 a 70 EJEMPLO 6.2 196 CAPÍTULO 6 EJEMPLO 6.3 Diseño del ambiente de trabajo Cálculo de la dosis de ruido de la OSHA cuando existen exposiciones adicionales Un trabajador se encuentra expuesto por un periodo de 1 hora a 80 dBA, 4 horas a 90 dBA y 3 horas a 96 dBA. Al trabajador se le permiten 32 horas para la primera exposición, 8 horas para la segunda y T ⫽ 8>2196⫺902>5 ⫽ 3.48 horas para la tercera. La dosis total de ruido es D ⫽ 100 ⫻ 11>32 ⫹ 4>8 ⫹ 3>3.482 ⫽ 139.3 Por lo tanto, para este trabajador, la dosis de exposición al ruido de 8 horas excede los requisitos de la OSHA, por lo que el ruido debe reducirse o se le debe dar un periodo de descanso (vea el capítulo 11) con el in de cumplir con los lineamientos de la OSHA. dBA, los cuales son mucho menores a los que se podrían razonablemente aplicar en un ambiente industrial. CONTROL DEL RUIDO La gerencia puede controlar el nivel de ruido de tres maneras. La mejor y, en general, la más difícil consiste en reducir el nivel de ruido en la fuente que lo produce. Sin embargo, sería muy difícil rediseñar equipos tales como los martillos mecánicos, las prensas de fundición de vapor, los martillos y los aplanadores y ensambladores para el trabajo con madera, de tal manera que la eiciencia del equipo se conservara a la vez que los niveles de ruido se redujeran a un rango tolerable. Sin embargo, en algunos casos, pueden sustituirse instalaciones operativas que tienen un alto nivel de ruido por otras más silenciosas. Por ejemplo, una remachadora hidráulica puede sustituirse por una neumática, un aparato operado eléctricamente por uno operado mediante vapor y un barril de mezcla alineado por elastómero por un barril no alineado. El ruido de baja frecuencia en la fuente se controla de manera eiciente en la fuente mediante el uso de soportes de hule y una mejor alineación y mantenimiento del equipo. Si el ruido no puede controlarse en la fuente, los analistas deben investigar la forma de aislar al equipo responsable del ruido; esto es, controlar el ruido que proviene de una máquina encerrándola toda o sólo una parte de ella en un contenedor aislado. Lo anterior se ha hecho muy a menudo en conjunto con las prensas de poder que cuentan con alimentación automática. Con frecuencia, el ruido presente en el ambiente se puede reducir aislando la fuente del ruido del resto de la estructura, lo que evita un efecto de cámara sonora. Lo anterior se puede llevar a cabo montando la instalación en un elastómero de tipo cortante, lo que amortigua la difusión del ruido. En situaciones donde al aislamiento de la maquinaria no interiera con la operación y la accesibilidad, los pasos siguientes pueden garantizar un diseño más satisfactorio del contenedor: 1. 2. 3. 4. Establezca de manera clara los objetivos de diseño así como el desempeño acústico que requiere el contenedor. Mida los niveles de ruido en la banda de las octavas del equipo que se va a colocar en el contenedor a 3 pies (1 metro) con respecto a las supericies principales de la máquina. Determine la atenuación espectral de cada contenedor. Dicha atenuación es la diferencia entre el criterio de diseño calculado en el paso 1 y el nivel de ruido que se determinó en el paso 2. Seleccione los materiales de la tabla 6.7 que sean de uso común para contenedores de tamaño relativamente pequeño y que ofrecen la protección que se necesita. Se debe aplicar un material de amortiguamiento visco-elástico, en caso de que se utilice cualquiera de estos materiales (a excepción del plomo). Éste elemento puede proporcionar una atenuación adicional de 3 a 5 dB. La igura 6.11 muestra la cantidad de reducción de ruido que típicamente se puede alcanzar a través de los diferentes tratamientos y contenedores acústicos. Observe que algunos sonidos son deseables en los ambientes de trabajo. Por ejemplo, por muchos años la música de fondo se ha utilizado en fábricas con la inalidad de mejorar el ambiente de 6.2 Ruido 197 Tabla 6.7 Reducción de ruido en la banda de las octavas de materiales con una sola capa comúnmente utilizados para fabricar contenedores Frecuencia central en la banda de las octavas 125 250 500 1 000 2 000 4 000 Acero calibre 16 15 23 31 31 35 41 Acero de 7 mm 25 38 41 45 41 48 Triplay de 7 mm 0.32 kg/0.1 m2 11 15 20 24 29 30 Triplay de ¾ de pulgada 0.9 kg/0.1 m2 19 24 27 30 33 35 Placa de yeso de 14 mm 1 kg/0.1 m2 14 20 30 35 38 37 Fibra de vidrio de 0.2 mm 0.23 kg/0.1 m2 5 15 23 24 32 33 Plomo de 0.2 mm 0.45 kg/0.1 m2 19 19 24 28 33 38 Plomo de 0.4 mm 0.9 kg/0.1 m2 23 24 29 33 40 43 Figura 6.11 Ilustraciones de los posibles efectos de algunas medidas de control del ruido. Las líneas dibujadas en la gráica muestran las posibles reducciones de ruido (con respecto al nivel Original original) que podrían esperarse del aislamiento a la vibración; a) un b contenedor fabricado de material con absorbencia acústica; b) un c contenedor rígido y sellado; c) un a+b+c solo contenedor combinado ina + 2b + 2c cluyendo aislamiento contra la vibración; a + b + c. un contenedor 150 300 600 1 200 2 400 4 800 combinado doble incluyendo 300 600 1 200 2 400 4 800 9 600 aislamiento contra la vibración, Banda de frecuencia a + 2 b + 2c. (Adaptado de: Peterson y Gross, 1978). Análisis de ruido en la banda de las octavas c) b) a) Nivel de la banda, decibeles 100 90 80 a 70 60 50 40 30 20 75 75 150 trabajo, especialmente donde la comunicación de voz no representa un aspecto crítico. La gran mayoría de los trabajadores del área de producción e indirectos (mantenimiento, embarque, recepción, etc.) disfrutan escuchar música mientras trabajan. Sin embargo, primero consulte con los empleados acerca del tipo de música que desearían escuchar. El tercer nivel de control de ruido es el uso de protección contra el ruido, aunque en muchos casos la OSHA acepta este tipo de medidas sólo como una solución temporal. El equipo de protección personal puede incluir diferentes tipos de protectores para oídos, algunos de los cuales pueden atenuar ruidos de todas las frecuencias hasta niveles de presión sonora de 110 dB o más. También se encuentran disponibles en el mercado orejeras que atenúan los ruidos de 125 dB sobre 600 Hz y hasta 115 dB por debajo de esta frecuencia. La eicacia de los protectores para el oído se mide de manera cuantitativa mediante la tasa de reducción de ruido (NRR), la cual se indica sobre el estuche de dicho dispositivo. La exposición al ruido equivalente del escucha es igual al TWA más 7 menos el NRR (NIOSH, 1998). En general, los dispositivos del tipo de relleno (por ejemplo, el hule espuma expandible) proporcionan una mejor protección que los dispositivos tipo orejera. Mediante la combinación de un dispositivo de inserción y uno de orejera se pueden alcanzar valores de NRR tan elevados como 30. Observe que éste es un valor que se obtuvo en el laboratorio en condiciones ideales. Por lo gene- 198 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo ral, en la vida real, debido al cabello, barba, lentes y una capacitación inadecuada, el valor NRR va a ser considerablemente menor, quizás en el orden de 10 (Sanders y McCormick, 1993). 6.3 TEMPERATURA Tarde o temprano, la mayoría de los trabajadores está expuesta al calor excesivo. En muchas situaciones, se producen ambientes cálidos de manera artiicial debido a las demandas de una industria en particular. Los mineros están sujetos a condiciones de trabajo cálidas debido al incremento de la temperatura en función de la profundidad, así como también a la falta de ventilación. Los trabajadores textiles están sujetos a las condiciones de calor y humedad necesarias para tejer la ropa. Los trabajadores del acero, coque y aluminio están expuestos a cargas de radiación intensa provenientes de hornos de fogón abierto y hornos refractarios. Dichas condiciones, aunque estén presentes sólo en un determinado periodo del día, pueden exceder el estrés climático que se encuentra en los climas más extremosos que se presentan en la naturaleza. TEORÍA Típicamente, el ser humano se puede representar como un cilindro con una protección que corresponde a la piel, los tejidos de la supericie del cuerpo y las extremidades y un núcleo que corresponde a los tejidos profundos del tronco y la cabeza. Las temperaturas del núcleo exhiben un rango estrecho alrededor del valor normal de 98.6 °F (37 °C). A valores entre 100 y 102 °F (37.8 y 38.9 °C), el desempeño psicológico se reduce considerablemente. A temperaturas por arriba de 105 °F (40.6 °C), el mecanismo mediante el cual se genera sudor puede fallar, lo cual genera un incremento rápido de la temperatura en el núcleo y la eventual muerte. Por otro lado, los tejidos de protección del cuerpo pueden variar a lo largo de un rango mucho más amplio de temperaturas sin mostrar una pérdida signiicativa de eiciencia, y pueden actuar como un recubrimiento para aislar el núcleo de las temperaturas. La ropa, si se utiliza, actúa como una segunda protección que sirve para aislar aún más el núcleo de la temperatura. Los intercambios de calor entre el cuerpo y su medio ambiente puede representarse mediante la ecuación de balance de calor como: S⫽M ;C ;R⫺E donde M= C= R= E= S= ganancia de calor del metabolismo calor ganado (o perdido) por convección calor ganado (o perdido) por radiación pérdida de calor a través de la evaporación del sudor Almacenamiento de calor (o pérdida) en el cuerpo Para obtener la neutralidad térmica, S debe ser cero. Si la suma de los diferentes intercambios de calor a través del cuerpo da como consecuencia una ganancia de calor, el calor resultante se almacenará en los tejidos del cuerpo, con el consiguiente incremento de la temperatura del núcleo y un problema potencial de estrés por calor. Una zona de confort térmico, en áreas donde se realizan 8 horas de trabajo sedentario o ligero, se deine como el rango de temperaturas de 66 a 79 °F (18.9 a 26.1 °C), con una humedad relativa que varía desde 20 a 80% (vea la igura 6.12). Desde luego, la carga de trabajo, la ropa y la carga de calor radiante afectan el sentido de confort del individuo dentro de la zona de confort. ESTRÉS POR CALOR: WBGT Se ha realizado una gran cantidad de intentos por combinar en un solo índice las manifestaciones psicológicas de estos intercambios de calor con las mediciones ambientales. Dichos intentos se han enfocado en el diseño de instrumentos para simular el cuerpo humano o para visualizar fórmulas y modelos basados en datos teóricos o empíricos para calcular las tensiones ambientales o los esfuerzos psicológicos resultantes. En su forma más simple, un índice consiste en el factor dominante como, 6.3 pulg mm Hg Hg 1.3 85 ⴗ Velocidad del aire 0 0.2 m/seg (50 pies/min.) F 30 ⴗC Trabajo = sedentario o de ensamble ligero, 70-100 W (60-90 kcal/hora) 1.2 30 90% Ropa = 0.6 clo de calor, 1.25 clo de frío Calor no radiante era tura de % oh 25 úm edo 0.9 75 70 1.0 bul b 0.8 % 0.7 a) Temperatura de bulbo seco 20 65 60 80% 60% 50% 0.6 15 40% 0.5 30% 0.4 10 0.3 20% 40% 0.2 20% ⴗF 60 ⴗC 15 20 70 60 d 65 70 20 a ad relativ 10% ) Humed 75 80 25 Temperatura de bulbo seco 85 30 b) Presión de vapor de agua 80 mp 25 80 c) T e % 1.1 = Zona de confort térmico 15 Temperatura 5 0.1 90 95 35 Figura 6.12 Zona de confort térmico. (Cortesía: Eastman Kodak Co.) por ejemplo, la temperatura de bulbo seco, la cual utilizan la mayoría de los habitantes de zonas templadas. Probablemente, el índice que más se utiliza actualmente en la industria establezca los límites de exposición al calor y los ciclos de trabajo/descanso con base en la temperatura global de bulbo húmedo o WBGT (wet-bulb globe temperature, Yaglou y Minard, 1957), y en la carga metabólica. De una forma un poco diferente, está recomendada por la SCGIH (1985), el NIOSH (1986) y ASHRAE (1991). En el caso de ambientes al aire libre con carga solar, el WBGT se deine como WBGT ⫽ 0 .7 NWB ⫹ 0 .2 GT ⫹ 0 .1 DB y para interiores o ambientes al aire libre sin carga solar, el WBGT es WBGT ⫽ 0 .7 NWB ⫹ 0 .3 GT donde NWG = temperatura natural de bulbo húmedo (medida del enfriamiento por evaporación, mediante el uso de un termómetro con una mecha húmeda y un movimiento de aire natural). GT = temperatura del globo (medida de la carga de radiación, mediante un termómetro en una esfera negra de cobre de 6 pulgadas de diámetro). DB = Temperatura de bulbo seco (temperatura ambiente básica; el termómetro se aísla de la radiación). 199 200 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo Observe que el NWB es diferente del bulbo húmedo psicométrico, el cual utiliza una velocidad máxima del aire y se usa en conjunto con la DB con el in de establecer la humedad relativa y las zonas de confort térmico. Una vez que se mide el WBGT (los instrumentos disponibles en el mercado proporcionan lecturas ponderadas instantáneas), se utiliza junto con la carga metabólica de los trabajadores para establecer el tiempo que se le permitirá trabajar en las condiciones dadas a un trabajador no climatizado y a uno climatizado (vea la igura 6.13). Dichos límites se basan en la temperatura del núcleo del individuo luego de haber aumentado en aproximadamente 1.8 °F (1 °C), como se calculó mediante el uso de la ecuación de balance de calor. El incremento de 1.8 °F fue establecido por el NIOSH (1986) como el límite superior aceptable para el almacenamiento de calor en el cuerpo. Se asumió que la cantidad apropiada de descanso se realizara en las mismas condiciones. Evidentemente, si el trabajador descansa en un área más confortable, necesitará menos tiempo de descanso. MÉTODOS DE CONTROL El estrés por efecto del calor puede reducirse a través de la implantación de controles ingenieriles, esto es, la modiicación del ambiente, o mediante controles administrativos. La modiicación del ambiente se deriva de manera directa a partir de la ecuación de balance de calor. Si la carga metabólica representa un factor que contribuya signiicativamente al almacenamiento de calor, la carga de trabajo debe reducirse a través de la mecanización de la operación. Trabajar más despacio también reduce la carga de trabajo, pero tendrá el efecto negativo de reducir la productividad. La carga de radiación puede reducirse mediante el control del calor en la fuente por medio del aislamiento del equipo caliente, construcción de desagües para el agua caliente, ajuste de las uniones donde es posible que se escape el vapor y el empleo de ventilación local de descarga para dispersar el aire caliente que surge de un proceso caliente. La radiación también puede ser interceptada antes de que la perciba el operador a través de un escudo de radiación conformado por hojas de material relejante como, por ejemplo, el aluminio, placas de yeso cubiertas con hojas metálicas, cortinas de cadenas metálicas, ⴗF ⴗC 104 40 Una aproximación grosso modo del calor metabólico a partir de la igura 4.21 es W ⫽ (HR – 50)  6. Los límites de temperatura son promedio de tiempo ponderado de 1 hora WGBT. RAL = límite recomendado de alerta para trabajadores no climatizados. REL = límite recomendado de exposición para trabajadores climatizados. (De: NIOSH, 1986, iguras 1 y 2.) 95 Calor del medio ambiente-WBGT Figura 6.13 Niveles de estrés por calor recomendados con base en el calor metabólico (promedio de tiempo ponderado de 1 hora), aclimatación y ciclos de descanso en el trabajo. 35 Techo 86 30 15 min./h REL 77 30 min./h REL 15 min./h RAL 45 min./h REL 30 min./h RAL 60 min./h REL 25 RAL de trabajadores no climatizados REL de trabajadores climatizados 68 45 min./h RAL 60 min./h RAL 20 100 400 116 200 800 233 300 1 200 349 Calor metabólico 400 1 600 465 500 kcal/h 2 000 Btu/h 580 Watts 6.3 EJEMPLO 6.4 Cálculo del WBGT y del nivel de estrés por calor Considere un trabajador no climatizado que estiba piezas en estantes a 400 kcal/h (1 600 BU/h) con una carga térmica de WBGT = 77 °F (25 °C). Dicho individuo podrá trabajar 45 minutos y después necesitará descansar. A estas alturas, el trabajador debe descansar al menos 15 minutos en el mismo ambiente, o un periodo más corto, en un ambiente más estresante. pantallas con mallas de alambre o de vidrio templado, si es necesario tener visibilidad. Las prendas de vestir relejantes, la ropa de protección o aun la ropa con manga larga ayudarán también a reducir la carga de radiación. La pérdida de calor por convección por parte del operador puede incrementarse mediante el aumento del movimiento de aire a través de la ventilación, siempre y cuando la temperatura de bulbo seco sea menor a la temperatura de la piel, la cual es típicamente de alrededor de 95 °F (35 °C) en dichos ambientes. La convección es más eiciente sobre la piel desnuda; sin embargo, la piel desnuda también absorbe más radiación. Por lo tanto, existe una relación inversa entre la convección y la radiación. Las pérdidas de calor del operador por evaporación pueden disminuirse mediante el aumento del movimiento del aire y la reducción de la presión ambiente del vapor de agua, a través del uso de deshumidiicadores o aire acondicionado. Desafortunadamente, este último método, a pesar de generar un ambiente muy placentero, es demasiado costoso y a menudo no es práctico en una planta de producción típica. Las medidas administrativas, a pesar de ser menos eicientes, incluyen la modiicación de los horarios de trabajo para reducir la carga metabólica mediante el uso de horarios de trabajo/descanso de acuerdo con la igura 6.13, la aclimatación de los trabajadores (esto puede tomar cerca de dos semanas y el efecto se pierde en un periodo similar), la rotación de los operarios para que entren y salgan de ese ambiente caluroso de trabajo y el empleo de chaquetas de enfriamiento. Las chaquetas de enfriamiento más baratas utilizan agua congelada dentro de pequeñas bolsas de plástico que se colocan en los diferentes bolsillos con los que cuenta dicha chaqueta (Kamon et al., 1986). ESTRÉS POR FRÍO El índice de estrés por frío que más se utiliza es el índice del viento frío, que describe la rapidez de pérdida de calor por radiación y convección en función de la temperatura ambiente y la velocidad del viento. Por lo general, el índice de estrés por frío no se utiliza directamente, sino que se convierte a una temperatura equivalente de viento frío. Ésta es la temperatura ambiente que, en condiciones de calma, produce el mismo índice de viento frío que la combinación real de la temperatura del aire y la velocidad del viento (tabla 6.8). Para que el operador conserve un equilibrio térmico bajo dichas con- Tabla 6.8 Temperaturas equivalentes de enfriamiento del viento (ºF) de ambientes fríos bajo condiciones de calma Velocidad del viento (millas/hora) 5 10 15 20 30 40 Lectura real del termómetro ( °F) 40 30 20 10 0 –10 –20 –30 36 34 32 30 28 27 25 21 19 17 15 13 13 9 6 4 1 –1 1 –4 –7 –9 –12 –15 –11 –16 –19 –22 –26 –29 –22 –28 –32 –35 –39 –43 –34 –41 –45 –48 –53 –57 –46 –53 –58 –61 –67 –71 Poco peligro: Exposición, la carne seca no se congelará en 5 horas. Fuente: Servicio Nacional del Clima. Aumento de peligro: Se presentará una helada en 30 minutos. 201 Temperatura Mucho peligro: La helada se presentará en 5 minutos. 202 Diseño del ambiente de trabajo CAPÍTULO 6 11 Figura 6.14 Gráfica de predicción del aislamiento total que se requiere en función de la temperatura del ambiente para el 50avo. percentil de hombres (M = producción de calor en kcal/min.). (De: Redibujado de Belding y Hatch, 1955.) 9 8 lm a) en 1. 6 5 (s M en ta do =1 .3 6 ca (do rm ido ) 7 = 4 3 en el ri esc jo aba ro) lige o) erad jo raba o iger de l od am o tr ) ph-t medio and 5m ñ ) e o pro a 2. j p a o b . e 20 kg a m d r ph-t carga d nan ese a =2 i m n d u .5 m ( n 3 o M (ca .2 do a mph c = 3 = 4.8 o a 3.5 minan M M .3 (ca .5 (caminand 6 = M M=9 ab tr 5( 2 1 0 100 aja o nd io) tor M Aislamiento que se requiere para obtener confort (CLO) 10 80 60 40 20 0 Temperatura ambiente (ºF) –20 –40 diciones de baja temperatura, debe existir una relación estrecha entre la actividad física que realiza (producción de calor) y el aislamiento proporcionado por la ropa de protección (vea la igura 6.14). Aquí, clo representa el aislamiento necesario para mantener el confort de una persona sentada donde la humedad relativa sea de 50%, el movimiento del aire sea de 20 pies/min. y la temperatura de bulbo seco sea de 70 °F (21.1 °C). Un traje de negocios ligero tiene un aislamiento térmico equivalente a alrededor de 1 clo. Probablemente, los efectos más críticos sobre los trabajadores industriales expuestos a condiciones al aire libre sean la disminución de la sensibilidad táctil y de la destreza manual debida a la vasodilatación y a un decremento en el lujo de sangre hacia las manos. El desempeño manual puede reducirse hasta 50% debido a que la temperatura de la piel en las manos disminuye de 65 a 45 °F (18.3 a 7.2 °C) (Lockhart, Kiess y Clegg, 1975). Los quemadores auxiliares, los calentadores de manos y los guantes representan soluciones potenciales al problema. Desafortunadamente, como se indicó en el capítulo 5, los guantes pueden deteriorar el desempeño manual y reducir la fuerza de sujeción. Un arreglo que proteja las manos y que afecte en una proporción mínima el desempeño podría ser el uso de guantes sin dedos (Riley y Cochran, 1984). 6.4 VENTILACIÓN Si el cuarto tiene personas, maquinaria o hay actividades llevándose a cabo dentro de él, el aire se viciará debido a la liberación de olores, el desprendimiento de calor, la formación de vapor de agua, la producción de dióxido de carbono y la generación de vapores tóxicos. Se debe proporcionar ventilación para disolver estos contaminantes, evacuar el aire viciado y suministrar aire fresco. Lo anterior se puede realizar en una o más de las tres formas siguientes: general, local o sólo en un área. La ventilación general o de desplazamiento se lleva a cabo a un nivel de 8 a 12 pies (2.4 a 3.6 metros) y desplaza el aire caliente que surge del equipo, la luces y los trabajadores. En la igura 6.15 (Yaglou, Riley y Coggins, 1936) se muestran los lineamientos recomendados de las necesidades de aire fresco Intensidad de olores 6.4 Muy fuerte 4 Fuerte 3 Ventilación 5p 10 ies 3 /m pie in. s 3/m in. Límite 2 (moderado) 20 p ies 3/ min 30 p . ies 3/ min. Definido 1 Ninguno 0 100 200 300 Figura 6.15 Lineamientos de las necesidades de ventilación para trabajadores sedentarios dado el volumen disponible de aire. 500 700 1 000 Volumen de aire por persona (pies3) (Los valores del lujo están especiicados por persona.) (Adaptado de: Yaglou, Riley y Coggins, 1936.) con base en el volumen del cuarto por persona. Una regla general indica 300 pies3 (8.5 m3) de aire fresco por persona por hora. En un ediicio que cuente sólo con algunas áreas de trabajo, sería impráctico ventilar todo el ediicio. En este caso, se puede proporcionar ventilación local a un menor nivel, o quizás en un área encerrada tal como en una estación de control o una caseta de grúa. Observe que la velocidad del ventilador se reduce drásticamente cuando aumenta la distancia con respecto al ventilador (vea la igura 6.16). Además, la direccionalidad del lujo de aire es un aspecto sumamente crítico. En la tabla 6.9 (ASHRAE, 1991) se especiican las velocidades aceptables del aire para el trabajador. Una regla general es que a una distancia equivalente a 30 diámetros del ventilador, la velocidad del aire que éste genera se reduce a menos de 10% de su velocidad frontal (Konz, 1995). Por último, en áreas con fuentes de calor localizadas, como los hornos refractarios, el enfriamiento de una sola área con una corriente de aire directa de alta velocidad dirigida hacia el trabajador aumentará el enfriamiento por convección y evaporación. 8.0 7.0 Velocidad del aire 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0 0 1.0 2.0 3.0 4.0 Distancia 5.0 6.0 7.0 Figura 6.16 Gráfica de la velocidad del aire versus distancia para la colocación del ventilador. (De: Konz y Johnson, 2000.) 203 204 CAPÍTULO 6 Tabla 6.9 Diseño del ambiente de trabajo Movimiento aceptable del aire sobre el trabajador Exposición Velocidad del aire (pies/min.) Continuo Espacio con aire acondicionado Estación de trabajo fija, ventilación general o enfriamiento local Sentado Parado Enfriamiento local intermitente o estaciones liberadas Cargas de calor y actividad ligeras Cargas de calor y actividad moderadas Cargas de calor y actividad elevadas 50 a 75 75 a 125 100 a 200 1 000 a 2 000 2 000 a 3 000 3 000 a 4 000 Fuente: Reimpreso con el permiso del ASHRAE, 1991. Tabla 6.10 Frecuencias de resonancia de diferentes partes del cuerpo Frecuencia (Hz) 3-4 4 5 20-30 30 60-90 6.5 Parte del cuerpo afectada Vértebras cervicales Vértebra lumbar (clave para los operadores de carretilla elevadora y camiones) Cinturón en los hombros Entre la cabeza y los hombros Dedos, manos y brazos (clave para los operadores de máquinas-herramienta) Globo ocular (clave para los pilotos y astronautas) VIBRACIÓN Las vibraciones pueden provocar efectos que deterioran el desempeño de los trabajadores. Las vibraciones de gran amplitud y baja frecuencia tienen efectos especialmente indeseables en los órganos y tejidos del cuerpo. Los parámetros de la vibración son la frecuencia, la amplitud, la velocidad, la aceleración y el tirón. En el caso de las vibraciones sinusoidales, la amplitud y sus derivadas con respecto al tiempo son Amplitud s ds dt d2s Aceleración máxima 2 dt d3s Tirón máximo 3 dt donde f = frecuencia Velocidad máxima desplazamiento máximo con respecto a una posición estática (pulgadas) 2)
s
f  pulgadasseg 8)3
s
f 3  pulgadasseg3 4)2
s 
f 2  pulgadasseg2 s = amplitud del desplazamiento El desplazamiento y la aceleración máxima son los parámetros principales que se utilizan para caracterizar la intensidad de las vibraciones. Existen tres clasiicaciones de exposición a la vibración: 1. 2. 3. Las circunstancias en las que toda o una gran parte de la supericie corporal resulta afectada, por ejemplo, cuando el sonido de alta intensidad en el aire o en el agua excita la vibración. Casos en los que las vibraciones se transmiten al cuerpo a través de un área de soporte como, por ejemplo, a través de las nalgas de una persona que maneja un camión o a través de los pies de una persona parada cerca de un equipo que vibra en una fundidora. Situaciones en las que las vibraciones inciden sobre un área especíica del cuerpo, por ejemplo, en la mano cuando se sostiene u opera una máquina herramienta. 6.5 Vibración 205 Todo sistema mecánico puede representarse mediante el uso de una masa, un resorte y una base, elementos que, combinados, dan como resultado un sistema que tiene su propia frecuencia natural. A medida que más se acerca la vibración a esta frecuencia, mayor será el efecto en ese sistema. En realidad, si las vibraciones forzadas inducen vibraciones de gran amplitud en el sistema, éste entra en resonancia. Lo anterior puede tener efectos dramáticos, por ejemplo, que los fuertes vientos provoquen que el puente Tacoma Narrows, de Washington oscile y, eventualmente, se colapse, o que soldados pierdan la cadencia en cruces de puentes. En la tabla 6.10 se proporcionan las frecuencias de resonancia críticas en el caso de una persona sentada. Por otro lado, las oscilaciones en el cuerpo o en cualquier otro sistema tienden a amortiguarse. Por lo tanto, en una postura parada, los músculos de las piernas amortiguan signiicativamente las vibraciones. Las frecuencias superiores a 35 Hz son especialmente amortiguadas. Las amplitudes de las oscilaciones inducidas en los dedos se reducen 50% en las manos, 66% en los codos y 90% en los hombros. La tolerancia humana a la vibración disminuye a medida que aumenta el tiempo de exposición. Por lo tanto, el nivel de aceleración tolerable aumenta cuando disminuye el tiempo de exposición. Los límites de la vibración en todo el cuerpo han sido desarrollados por la Organización Internacional de Estándares (ISO) y el Instituto de Estándares Nacional Americano (ANSI) (ASA,1980) para los casos de instalaciones de transporte e industriales. Dichos estándares especiican los límites en términos de aceleración, frecuencia y duración en tiempo (igura 6.17). Las líneas graicadas muestran los límites del parámetro fatiga/desempeño. Para obtener los límites de confort, los valores de la aceleración se dividen entre 3.15; para determinar los límites de seguridad, los valores se multiplican por 2. Desafortunadamente, no se han desarrollado límites para las manos y las extremidades superiores. Las vibraciones de gran amplitud y baja frecuencia (0.2 a 0.7 Hz) representan la causa principal del mareo en los viajes por aire y mar. Los trabajadores experimentan fatiga mucho más rápido cuando están expuestos a vibraciones en el rango de 1 a 250 Hz. Los síntomas de la fatiga por vibración son el dolor de cabeza, problemas de visión, pérdida del apetito y pérdida de interés. Estos últimos problemas incluyen deterioro del control de movimientos, degeneración de los discos, atroia de los huesos y artritis. Las vibraciones que se experimentan en este rango a menudo son características de la industria del transporte. Las vibraciones verticales de muchos camiones con llantas de caucho cuando viajan a velocidades elevadas sobre carreteras convencionales varían en el rango de 3 a 7 Hz, 12.5 8.0 3.15 6 dB 5.0 1 min. 16 min. 25 min. 2.0 1.25 1h 0.8 0.5 0.315 0.63 Figura 6.17 Frontera de desempeño reducida por la fatiga de la vibración vertical contenida en el ISO 2631 y el ANSI S3. 18-1979. 2.5 h 4h 10 dB Raíz media cuadrada (rms) de la aceleración (m/seg2) 20 8h 1.0 1.6 2.5 4.0 8.0 10 Frecuencia (Hz) 16 25 40 63 Para obtener la frontera del confort reducido, reste 10 dB (es decir, divida cada valor entre 3.15); para obtener la frontera de una exposición psicológica segura, sume 6 dB (es decir, multiplique cada valor por 20). (Fuente: Acoustical Society of America, 1980.) 206 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo aproximadamente, las cuales se encuentran justo dentro de rango crítico de resonancias del tronco del ser humano. Las herramientas de poder trabajan en frecuencias del orden de 40 a 300 Hz y tienden a ocluir el lujo sanguíneo y a afectar los nervios, lo cual da como resultado el síndrome de los dedos blancos. Dicho problema es aún más crítico en climas fríos, debido al problema adicional que consiste en la oclusión del lujo sanguíneo, o síndrome de Raynaud, producido por las bajas temperaturas. Con el in de reducir este problema se utilizan herramientas con mayor protección que incrementan el amortiguamiento, mangos que absorben las vibraciones en lugar de los convencionales y el uso de guantes, especialmente aquellos que cuentan con un gel absorbente de vibraciones. La gerencia puede proteger a los empleados de las vibraciones de varias formas. Se pueden reducir las fuerzas aplicadas responsables de iniciar la vibración mediante la modiicación de la velocidad, la alimentación y el movimiento y dándole al equipo el mantenimiento apropiado mediante el balanceo o reemplazo de las partes gastadas. Los analistas pueden colocar el equipo en soportes antivibración (resortes, elastómeros del tipo de corte, soportes de compresión) o cambiar las posiciones corporales del cuerpo para aminorar los efectos de las fuerzas vibratorias molestas. Los analistas también pueden reducir los tiempos durante los cuales los trabajadores están expuestos a la vibración alternando las tareas del trabajo dentro de un determinado grupo de empleados. Por último, pueden implantar soportes acolchonados que protejan el cuerpo y, por ende, amortigüen las vibraciones de gran amplitud. Pueden utilizarse sistemas de suspensión del asiento que contengan absorbedores hidráulicos de impactos, resortes de bobina o rectos, soportes de hule tipo corte o barras de torsión. En operaciones que tengan que efectuarse de pie, es de gran utilidad el uso de tapetes suaves fabricados con elastómeros. 6.6 RADIACIÓN A pesar de que todos los tipos de radiación ionizante pueden dañar los tejidos, las radiaciones beta y alfa son tan fáciles de bloquear que, en la actualidad, se le presta más atención a los rayos gama, rayos X y a la radiación de neutrones. Los rayos electrónicos de alta energía que inciden sobre el metal de un equipo al vacío pueden generar rayos X muy penetrantes que podrían requerir mucho más protección que el rayo electrónico en sí mismo. La dosis que se absorbe es la cantidad de energía que imparte una radiación ionizante a una determinada masa de material. La unidad con la que se mide la dosis absorbida se denomina rad, la cual es equivalente a la absorción de 0.01 joules por kilogramo (J/kg) [100 ergs por gramo (erg/g)]. La dosis equivalente es una forma de corregir las diferencias en el efecto biológico de los diferentes tipos de radiación ionizante en las personas. La unidad de dosis equivalente es el rem, el cual produce un efecto biológico esencialmente similar que 1 rad de dosis absorbida de radiación X o gama. El roentgen (R) es una unidad de exposición que mide la cantidad de ionización producida en el aire por la radiación X o gama. Los tejidos localizados en un punto donde la exposición es 1 R reciben una dosis absorbida de aproximadamente 1 rad. Las dosis extremadamente grandes de radiación ionizante ⎯100 rads o más⎯ recibidas a lo largo de un periodo corto en todo el cuerpo pueden provocar enfermedades por radiación. Una dosis absorbida de alrededor de 400 rads en todo el cuerpo puede ser fatal para aproximadamente la mitad de los adultos. Pequeñas dosis recibidas en lapsos prolongados pueden elevar la probabilidad de contraer varios tipos de cáncer y otras enfermedades. El riesgo total de un cáncer fatal provocado por una dosis de radiación equivalente a 1 rem es de alrededor de 10-4; esto es, una persona que reciba una dosis equivalente a 1 rem tiene una probabilidad de alrededor de 1 en 10 000 de morir por el cáncer producido por la radiación. El riesgo también puede expresarse como la esperanza de un cáncer fatal en un grupo de 10 000 personas, si cada una de éstas recibe una dosis equivalente a 1 rem. Las personas que trabajan en áreas donde el acceso está controlado con el propósito de brindar protección contra la radiación se encuentran limitadas a una dosis equivalente a 5 rem/año. Por lo general, el límite en áreas sin control es el mismo. Trabajar dentro de dichos límites no debería tener ningún efecto signiicativo en la salud de los individuos involucrados. Todas las personas están expuestas a la radiación proveniente de los radioisótopos que ocurren de forma natural en el organismo, la radiación cósmica y la radiación emitida por la tierra y por los materiales de construcción. La dosis equivalente proveniente de fuentes naturales de fondo es de alrededor de 0.1 rem/año (100 mrem/año). 6.7 6.7 Trabajo por turnos y horas laborables TRABAJO POR TURNOS Y HORAS LABORABLES TRABAJO POR TURNOS El trabajo por turnos, que se deine como el trabajo diferente al que se desarrolla durante el día, se está convirtiendo en un problema cada vez mayor para la industria. Tradicionalmente, la necesidad de servicios policiacos, de bomberos y médicos de manera permanente o para la operación continua de las industrias químicas y farmacéuticas, ha requerido el uso de trabajo por turnos. Sin embargo, hasta fechas recientes, la economía de la manufactura, esto es, la capitalización o plazo de recuperación de la maquinaria automática cada vez más costosa también ha elevado la demanda del trabajo por turnos. De manera similar, la producción justo a tiempo y las demandas de productos por temporadas (es decir, un menor espacio para inventarios) también ha requerido de trabajo por turnos. El problema con el trabajo por turnos es el estrés que se genera en los ritmos circadianos, los cuales son las variaciones que se producen cada 24 horas aproximadamente en las funciones corporales de los seres humanos (así como también en otros organismos). La longitud del ciclo varía de 22 a 25 horas, pero se mantiene sincronizado en un ciclo de 24 horas mediante varios cronómetros, como los cambios entre luz y oscuridad durante el día, los contactos sociales, el trabajo y el tiempo que marca el reloj. Los cambios cíclicos más marcados se presentan durante el sueño, la temperatura normal del cuerpo, el ritmo cardiaco, la presión sanguínea y el desempeño de tareas tales como la capacidad crítica de rastreo (vea la igura 6.18). Por lo general, las funciones y el desempeño corporales comienzan a aumentar al despertarnos, alcanzan un pico a media tarde y después disminuyen de manera permanente hasta que llegan a un punto inferior a medianoche. También puede presentarse una caída después del mediodía, conocido como el sueño después de comer. Por lo tanto, a las personas que se les pide trabajar en turnos nocturnos demuestran una marcada degradación en su desempeño, que se maniiesta en los choferes de camión que se duermen a media carretera o en los inspectores de gas que toman lecturas en medidores (Grandjean, 1988). Se podría suponer que los trabajadores nocturnos se adaptarían al trabajo por la noche debido al cambio de los patrones de trabajo. Desafortunadamente, las demás interacciones sociales aún juegan un papel muy importante y el ritmo circadiano en realidad nunca se invierte (como sucede con las personas que viajan por periodos muy largos hasta el otro lado del globo) sino que se aplana, el cual algunos investigadores consideran el peor escenario. Por lo tanto, los trabajadores nocturnos también experimentan problemas de salud, tales como pérdida del apetito, problemas digestivos, úlceras y una mayor propensión a contraer enfermedades. Los problemas se hacen todavía más críticos a medida que el trabajador envejece. Existen muchas formas de organizar el trabajo por turnos. Por lo general, el sistema de 3 turnos está conformado por un turno en la mañana (E) de 8 a.m. a 4 p.m., otro turno en la tarde (L) de 4 p.m. a 12 p.m. (medianoche) y otro en la noche (N) de 12 p.m. a 8 p.m. En el caso más simple, debido a las demandas de producción elevadas en el corto plazo, una compañía puede variar de tener un turno por la mañana a otro que consista en uno por la mañana y otro por la tarde. Generalmente, debido a la antigüedad, el turno por la mañana lo solicitan los trabajadores más grandes y establecidos, mientras que los recién contratados comienzan su trabajo en el turno de la tarde. La rotación de los dos turnos de forma semanal no provoca ningún problema psicológico signiicativo, puesto que el patrón de sueño no se ve afectado. Sin embargo, los patrones sociales sí pueden resultar afectados de manera considerable. Implantar el tercer turno, el turno nocturno, hace que la situación se torne más problemática. Puesto que existen problemas para ajustar un nuevo ritmo circadiano, aun durante el transcurso de varias semanas, la mayoría de los investigadores apoya la rotación rápida, con cambios de turno cada dos o tres días. Este arreglo mantiene la calidad del sueño lo mejor posible y no afecta la vida familiar y el contacto social por periodos prolongados. La rotación semanal que se experimenta en Estados Unidos es quizás el peor escenario, debido a que los trabajadores nunca se adaptan a ninguno de los turnos. En la tabla 6.11 se proporciona un sistema de trabajo por turnos de rotación rápida para un sistema de producción de 5 días (es decir, sin ines de semana). Sin embargo, en muchas compañías, el turno nocturno es, principalmente, un turno de mantenimiento con producción limitada. En este caso, no es necesario que trabaje todo el equipo, y sería más sencillo rotar sólo los turnos matutino 207 208 Diseño del ambiente de trabajo CAPÍTULO 6 PROMEDIO 3 MATERIAS 3 DÍAS CADA UNA ␮ = 36.3 ⴗC Temperatura rectal Por. (%) de cambio: amplitud 3 2 1 0 ⴚ1 ⴚ2 12 24 36 ⴚ3 Cena Tiempo (horas) Capacidad crítica de rastreo Por. (%) de cambio: amplitud 20 Figura 6.18 Ejemplos de ritmos circadianos. (De: Freivalds, Chafin y Langolf, 1983.) PROMEDIO DE TODAS LAS MATERIAS, TODOS LOS DÍAS ␮ = 819 10 0 ⴚ10 ⴚ20 12 Tiempo (horas) 24 36 Cena y vespertino y trabajar con un grupo reducido y ijo en el turno nocturno, el cual puede formarse primordialmente con voluntarios que puedan adaptarse mejor a él. Para llevar a cabo operaciones continuas durante todo el día, es necesario adoptar un sistema de turnos de siete días de rotación rápida. Dos esquemas comúnmente utilizados en Europa son el sistema 2-2-2, que consiste en no más de dos días en cualquier turno (vea tabla 6.12) y el sistema 2-2-3, que consiste en no más de tres días en cualquiera de los turnos (vea la tabla 6.13). Se pueden realizar reacomodos entre cada uno de estos sistemas. El sistema 2-2-2 proporciona un in de semana libre sólo una vez cada ocho semanas. El sistema 2-2-3 proporciona un in de semana de tres días una vez cada cuatro semanas, pero requiere de que los trabajadores laboren siete días en forma continua, lo cual no lo hace muy atractivo. El problema fundamental de ambos sistemas es que con turnos de 8 horas se trabaja un total de 42 horas/semana. Se puede requerir de sistemas alternos con más grupos de trabajadores y menor número de horas (Eastman Kodak, 1986). Otro posible método consiste en programar turnos de 12 horas. Bajo dicho sistema, los trabajadores laboran turnos de 12 horas en el día (D) o turnos de 12 horas en la noche (N), con una programación de tres días activos y tres días inactivos (vea la tabla 6.14) o una programación más compleja consistente en dos o tres días activos o inactivos, y un in de semana activo y otro inactivo (vea la tabla 6.7 Tabla 6.11 Semana Trabajo por turnos y horas laborables Rotación de turnos de 8 horas (sin trabajar los fines de semana) L 1 2 3 E N L M M E N L L E N J L E N V L E N S — — — D — — — Nota: E = mañana, L = tarde, N = noche Tabla 6.12 Semana Rotación de turnos 2-2-2 (8 horas continuas) L M M J V S D E — — N N L L E E E — — N N L L L E E — — N N L L L E E — — N N N L L E E — — N N N L L E E — — — N N L L E E — 1 2 3 4 5 6 7 8 Nota: E = mañana, L = tarde, N = noche Tabla 6.13 Semana 1 2 3 4 Rotación de turnos 2-2-3 (8 horas continuas) L M M J V S D E — N L E — N L L E — N L E — N N L E — N L E — N L E — V S D — — N D N — — D N D — — Nota: E = mañana, L = tarde, N = noche Tabla 6.14 Semana Rotación de turnos de 12 horas (3 días activo, 3 días inactivo) L 1 2 3 4 5 6 D N D — — — M D N — — — D M D — — — N D J — — — D N D N D N — — — Nota: D = día, N = noche Tabla 6.15 Semana Rotación de turnos de 12 horas (un fin de semana cada dos inactivo) L 1 2 3 4 D — N — M — D — N M — D — N J V S N — D — N — D — — N — D D — N — D Nota: D = día, N = noche 6.15). Este método conlleva varias ventajas en el sentido de que existen periodos de descanso más largos entre días laborables, y al menos la mitad del resto de los días coinciden con un in de semana. Desde luego, la desventaja evidente consiste en tener que trabajar por más días o, en esencia, trabajar tiempo extra de manera regular (vea la sección siguiente). 209 210 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo Existen sistemas más complicados con un menor número de horas a la semana (40 o menos), los que pueden estudiarse con más detalle en Eastman Kodak (1986) o Schwarzenau et. al. (1986). En resumen, los riesgos por accidente y de la salud están asociados con el trabajo por turnos. Sin embargo, si el trabajo por turnos representa una cuestión inevitable debido a consideraciones relacionadas con los procesos de manufactura, se deben considerar las recomendaciones siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Evite el trabajo por turnos de personas mayores de 50 años. Utilice rotaciones rápidas contrariamente a ciclos semanales o mensuales. Programe el menor número de turnos sucesivos en la noche (tres o menos) cuando le sea posible. Utilice la rotación de turnos hacia adelante si le es posible (por ejemplo, E-L-N o D-N). Limite el número total de turnos de trabajo en forma consecutiva a siete o menos. Incluya varios ines de semana libres con al menos dos días sucesivos completos libres. Programe días de descanso después de que el personal haya trabajado en turnos nocturnos. Mantenga la programación sencilla, predecible y equitativa para todos los trabajadores. TIEMPO EXTRA Muchos estudios han demostrado que los cambios en la longitud de los días o semanas laborables tienen un efecto directo en la producción. Desafortunadamente, por lo general, el resultado no se puede representar mediante la proporción directa esperada. Observe que en la igura 6.19, el desempeño diario teórico es lineal (línea 1), pero en la práctica, tiene una forma de S (curva 2). Por ejemplo, existe una coniguración inicial o periodo preparatorio con muy poca productividad (área A), una etapa de calentamiento gradual, una sección más abrupta con una productividad mayor a la teórica (área B) y una nivelación gradual a medida que se acerca el inal del turno. En un turno de 8 horas, las dos áreas, la de menor producción (área A) y la de producción en exceso (área B), son iguales mientras que en turnos mayores a 8 horas de trabajo manual pesado (curva 3), la productividad menor es mayor que la productividad excesiva, especialmente con un desempeño menos productivo adicional (área C) en las últimas horas (Lehmann, 1953). Los resultados de un antiguo estudio británico (citado en Grandjean, 1988) demostró que al acortar el día laborable se genera una producción por hora más elevada, tomando un menor número de pausas para descanso. Este cambio en el desempeño del trabajo requirió de al menos varios días (a veces más) para que se llegara a un estado estable. De manera contraria, hacer el día laborable más prolongado, esto es, trabajar tiempo extra, provoca una reducción en la productividad, a veces hasta el punto en que la producción total en el curso del turno disminuye, a pesar de que el número de horas totales trabajadas es mayor (vea la curva 3 de la igura 6.19). Por lo tanto, cualquier beneicio que se espere a partir del aumento de horas de trabajo es típicamente contraproducente pues se obtiene una menor productividad. Este efecto depende del nivel de carga de trabajo física: a medida que el trabajo % 1 120 C 3 Productividad (%) 100 Menor producción 80 60 40 2 20 Figura 6.19 Productividad en función de las horas de trabajo. (Adaptado de: Lehmann, 1953. ) Producción en exceso B 1 = Productividad teórica 2 = Productividad real en 8 horas 3 = Productividad en 12 horas de trabajo manual pesado A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Horas laborables por turno 10 11 12 6.7 Trabajo por turnos y horas laborables es más exigente, la reducción en la productividad será cada vez mayor y el trabajador empleará mayor tiempo para su descanso. Datos obtenidos en fechas más recientes (citados en Eastman Kodak, 1986) indican que el aumento en la producción esperado es de aproximadamente 10% por cada incremento de 25% en las horas trabajadas. Deinitivamente, este resultado no justiica el pago invertido de 50 adicional por tiempo extra. Este análisis presupone una escala de pagos por día de trabajo (vea el capítulo 17). Con un esquema de incentivos por horas extra, es probable que la reducción en la producción no sea tan abrupta. De manera similar, si el trabajo está sujeto al ritmo de la máquina, la productividad también está sujeta al ritmo de trabajo de esa máquina. Sin embargo, el operador puede alcanzar niveles inaceptables de fatiga y serán necesarios periodos de descanso adicionales (vea el capítulo 11). Un efecto secundario del tiempo extra es que cuando éste es excesivo o continuo está acompañado de un mayor número de accidentes y abandono del trabajo por enfermedad (Grandjean, 1988). No se recomienda programar tiempo extra de manera regular. Sin embargo, puede ser necesario por periodos cortos transitorios con el in de mantener la producción o reponer de manera temporal la falta de trabajadores. En dichos casos, se deben seguir los lineamientos siguientes: 1. 2. 3. 4. Evite el tiempo extra en áreas donde se realice trabajo manual pesado. Reevalúe el trabajo que está sujeto al ritmo de trabajo de la máquina con el in de asignar periodos de descanso adecuados o reducir la producción. Para tiempo extra continuo o por largos periodos, rote el trabajo entre los trabajadores o analice los sistemas alternos de turnos. Cuando tenga que seleccionar entre extender varios días laborables en 1 o 2 horas y extender la semana laboral en 1 día, la mayoría de los trabajadores optarán por el primer caso, con el in de evitar perderse un día del in de semana con la familia (Eastman Kodak, 1986). COMPRESIÓN DE LA SEMANA LABORAL La compresión de la semana laboral implica que lo que se realiza en 40 horas tenga que hacerse en menos de 5 días, Por lo general, este arreglo se presenta en la forma de cuatro días de 10 horas, tres días de 12 horas o cuatro días de 9 horas y medio día los viernes. Desde la perspectiva de la gerencia, este concepto ofrece varias ventajas: reduce el ausentismo, menor tiempo invertido en descansos para tomar café y para la comida y menores costos de arranque y paro de la maquinaria (en relación al tiempo de operación). Por ejemplo, las instalaciones para el tratamiento térmico, el forjado y el fundido requieren de una gran cantidad de tiempo, de hasta 15% del día laboral de 8 horas o más, para que la máquina y el material estén a la temperatura que se requiere antes de iniciar la producción. Si se adopta un día de 10 horas, la operación puede ganar unas 2 horas adicionales de tiempo de producción sin ocupar tiempo para la puesta en marcha. En este caso, los ahorros económicos que se obtienen a partir de la adopción de un día laboral más largo pueden ser considerables. Los trabajadores también obtienen un beneicio a partir de un mayor tiempo libre, menos tiempo para ir y regresar a su trabajo (relativo al tiempo laboral) y menores costos relacionados con el punto anterior. Por otro lado, con base en los análisis acerca del tiempo extra, una semana laboral comprimida opera como tiempo extra continuo. A pesar de que el número de horas trabajadas es menor, las horas trabajadas en un determinado día son proporcionalmente mayores. Por lo tanto, muchas de las desventajas del tiempo extra se aplican a la semana laboral comprimida (Eastman Kodak, 1986). Otras objeciones a la semana de 4 días y 10 horas al día surgen de los miembros de la gerencia quienes dicen que están obligados a estar en el trabajo no sólo 10 horas durante los 4 días, sino al menos 8 horas en el quinto día. HORARIOS DE TRABAJO ALTERNOS Debido a un mayor lujo de mujeres, especialmente madres con niños en edad escolar, madres solteras, trabajadores de edad avanzada y empleados con dos trabajos como parte de la fuerza laboral y con los elevados costos y tiempo invertido en desplazarse de ida y de regreso al trabajo y el valor de la calidad de vida, se hizo necesario implantar horarios de trabajo alternos. Uno de dichos horarios lo constituye el tiempo lexible, método según el cual los tiempos de inicio y in del trabajo lo establecen los propios trabajadores, dentro de los límites que ija la gerencia. En la actualidad, existen planes de 211 212 CAPÍTULO 6 Diseño del ambiente de trabajo esta naturaleza. Algunos requieren que los empleados trabajen al menos 8 horas al día, otros que se trabaje un número especíico de horas a la semana o al mes, mientras que otros requieren que todos los operarios estén en las instalaciones cuatro o cinco horas intermedias dentro del turno. Existen un gran número de ventajas cuando se adoptan estos planes, tanto para los empleados como para la gerencia. Los empleados pueden trabajar durante horas por la mañana o por las tardes de una manera más apropiada con sus ritmos circadianos, manejar de mejor manera sus necesidades familiares o emergencias y ocuparse de sus negocios personales durante horas laborables de oicina sin requerir pedir permiso para salir de sus trabajos. La gerencia obtiene ganancias debido a que el personal no llega tarde ni tiene que salir por enfermedad. Aun la comunidad en la que se encuentra la empresa obtiene ganancias debido a una menor congestión de tránsito de automóviles y un mejor uso de instalaciones recreativas y de servicios. Por otro lado, es probable que el tiempo lexible pueda tener un uso limitado en las operaciones de manufactura de procesos continuos que dependan del ritmo de la máquina debido a problemas en la programación y coordinación de la fuerza de trabajo. Sin embargo, en escenarios donde se hace uso de grupos de trabajo (vea el capítulo 8), la adopción de este método puede ser una opción (Eastman Kodak, 1986). El trabajo en forma parcial y algunas formas de tareas compartidas puede ser especialmente útil para las madres solteras con niños o para los retirados que buscan un complemento a sus pensiones. Ambos grupos pueden ofrecer su talento y sus servicios a la compañía, pero pueden estar limitados por diversas circunstancias para trabajar turnos convencionales de 8 horas. A pesar de que pueden surgir problemas con respecto a los beneicios u otros costos ijos del empleado, éstos pueden administrarse con base en el prorrateo u otra forma creativa. RESUMEN Un ambiente de trabajo adecuado es importante no sólo desde el punto de vista del incremento de la productividad y mejoramiento de la salud física y seguridad de los trabajadores, sino también para promover la moral de los trabajadores y, como consecuencia, reducir el absentismo y la rotación laboral. A pesar de que gran cantidad de estos factores pueden parecer intangibles o de efecto marginal, estudios cientíicos controlados han demostrado los beneicios de una iluminación mejorada, una reducción del estrés provocado por el ruido y el calor y una mejor ventilación. La visibilidad depende directamente de la iluminación que se proporcione pero también resulta afectada por el ángulo de visión del objetivo que se observa y el contraste del objetivo con el fondo. Como consecuencia, puede mejorarse la visibilidad de la tarea a través de varias formas y no siempre depende del incremento de la intensidad de la fuente luminosa. Los largos periodos de exposición al ruido estruendoso, a pesar de que no afectan directamente la productividad, pueden provocar la pérdida de la capacidad auditiva y, en deinitiva, son demasiado molestos. El control del ruido (y de la vibración) es más sencillo en la fuente y típicamente se encarece a medida que está más lejos de ella. Aunque la utilización de protección auditiva podría parecer la forma más sencilla, requiere de una motivación y obligación continuas. De manera similar, el efecto del clima en la productividad es muy variable y está en función de la motivación personal. Un clima confortable depende de la cantidad y la velocidad de intercambio de aire, de la temperatura y de la humedad. En áreas muy cálidas, el clima se controla de una manera más fácil a través de una ventilación adecuada para remover los contaminantes y mejorar la evaporación del sudor. (El aire acondicionado es más eiciente, pero es más costoso). En climas fríos, el uso de ropa apropiada constituye el mecanismo de control más importante. El trabajo por turnos debe utilizar horarios cortos, rápidos y de rotación hacia adelante en los que se utilice el tiempo extra de manera limitada. Con la inalidad de ayudar al analista de métodos a utilizar los diferentes factores que se analizaron en este capítulo, éstos se han resumido en la Lista de veriicación del ambiente de trabajo que se muestra en la igura 6.20. PREGUNTAS 1. ¿Qué factores afectan la cantidad de luz necesaria para llevar a cabo la tarea de manera satisfactoria? 2. Explique el efecto de interpretación del color de las lámparas de sodio a baja presión. 3. ¿Cuál es la relación entre el contraste y la visibilidad? 213 Preguntas Iluminación 1. ¿Es la iluminación suficiente para el trabajo de acuerdo con las recomendaciones del IESNA? a) Para aumentar la iluminación, ¿se deben suministrar más luminarias en lugar de aumentar el voltaje de las existentes? 2. ¿Existe iluminación general así como complementaria? 3. ¿Se debe diseñar el lugar de trabajo y la iluminación de tal forma que se evite el reflejo? a) ¿Se deben colocar las luminarias directas lejos del campo de visión? b) ¿Las luminarias cuentan con baffles y difusores? c) ¿Las superficies de trabajo se colocan de manera perpendicular a las luminarias? d ) ¿Las superficies son de color mate u opacas? 4. Si fuere necesario, ¿se encuentran disponibles filtros de pantalla para los monitores de las computadoras? Sí ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Condiciones térmicas: Calor 1. ¿Se encuentra el trabajador dentro de su zona de confort térmico? a) Si no es así, ¿se midió el WBGT del ambiente de trabajo? 2. ¿Las condiciones térmicas cumplen con los lineamientos del ASHRAE? a) Si no los cumplen, ¿se proporciona suficiente tiempo de recuperación? 3. ¿Están en orden los procedimientos para controlar las condiciones potenciales de estrés por calor? a) ¿Está controlada la fuga de calor en la fuente? b) ¿Están colocados en su lugar los escudos para la protección contra la radiación? c) ¿Se proporciona ventilación? d ) ¿Está deshumidificado el aire? e) ¿Se proporciona aire acondicionado? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Condiciones térmicas: Frío 1. ¿Cuenta el trabajador con la ropa apropiada para soportar la temperatura equivalente de aire frío? 2. ¿Se proporcionan calentadores auxiliares? 3. ¿Se proporcionan guantes? Sí ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ Ventilación 1. ¿Son aceptables los niveles de ventilación de acuerdo con los lineamientos? a) ¿Se proporciona un mínimo de 300 pies3/h/persona? 2. Si fuera necesario, ¿se proporcionan ventiladores cercanos a los trabajadores? a) ¿Se encuentran estos ventiladores dentro de una distancia equivalente a 30 veces su diámetro? 3. En las fuentes locales de calor, ¿se proporciona enfriamiento dirigido? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Niveles de ruido 1. ¿Están los niveles de ruido por debajo de 90 dBA? a) Si los niveles de ruido exceden 90 dBA, ¿existen suficientes periodos de descanso de tal manera que la dosis de 8 horas sea menor a 10%? 2. ¿Están en su lugar las medidas para el control del ruido? a) ¿Cuenta el ruido controlado en la fuente con un mejor mantenimiento, cubiertas y soporte de hule? b) ¿Se encuentra aislada la fuente de ruido? c) ¿Se utilizan tratamientos acústicos? d ) Como último recurso, ¿se utilizan adecuadamente los audífonos (u orejeras)? Sí No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Vibración 1. ¿Se encuentran los niveles de vibración dentro de los estándares aceptados por el ANSI? 2. Si existe una vibración, ¿se pueden eliminar las fuentes que la producen? 3. ¿Se han instalado asientos especialmente diseñados para amortiguar las vibraciones en los vehículos? 4. ¿Se pueden conectar mangos que absorban las vibraciones a las herramientas de poder? 5. ¿Se les ha proporcionado a los operadores que trabajan de pie alfombras elásticas resistentes a la fatiga? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Figura 6.20 Lista de verificación del ambiente de trabajo. 4. ¿Qué intensidad recomendaría usted que tuviera una lámpara de pie situada 30 pulgadas por arriba del nivel del piso en los baños de la compañía? 5. Explique cómo las ventas pueden ser afectadas por los colores. 6. ¿Qué color tiene la mayor visibilidad? 214 CAPÍTULO 6 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. Diseño del ambiente de trabajo ¿Cómo se disipa la energía del sonido en los materiales viscoelásticos? ¿Qué longitud de onda en metros aproximada tendrá una frecuencia de 2 000 Hz? ¿Cuál será el valor aproximado en decibeles de una fresadora que se utiliza en acero al alto carbón? Establezca la diferencia entre el ruido de banda ancha y el ruido signiicativo. ¿Promovería usted la música de fondo en una estación de trabajo? ¿Qué resultados anticiparía? De acuerdo con la ley de la OSHA actual, ¿cuántas horas continuas al día sería permisible un nivel de sonido de 100 dBA? ¿Cuáles son las tres clasiicaciones que se han identiicado desde el punto de vista de la exposición a la vibración? ¿De qué formas pueden protegerse los trabajadores contra las vibraciones? ¿Qué quiere decir el término temperatura ambiental? Explique lo que quiere decir zona de confort térmico. ¿Cuál es el incremento máximo de la temperatura corporal que los analistas deben permitir? ¿Cómo procedería usted para calcular el máximo periodo al que se puede exponer a un trabajador a un ambiente caluroso particular? ¿Qué es el WBGT? ¿Cuál es el WBGT con una temperatura de bulbo seco de 80 °F, una temperatura de bulbo húmedo de 70 °F y una temperatura de globo de 100 °F? ¿A qué tipo de radiación se le presta mayor atención por parte del ingeniero de seguridad? ¿Qué signiica dosis de radiación absorbida? ¿Cuál es la unidad de la dosis absorbida? ¿Qué signiica rem? ¿Qué pasos seguiría usted para incrementar 15% la luz en el departamento de ensamble siguiente? El departamento utiliza lámparas luorescentes, mientras que las paredes así como el techo están pintados de color verde medio. Las mesas de ensamble están pintadas de color café oscuro. ¿Qué combinación de colores utilizaría usted para llamar la atención sobre un nuevo producto? ¿Cuándo promovería usted que la compañía comprara ropa de aluminio? ¿Se encuentran asociadas posibles lesiones a la salud con el maquinado por rayo electrónico? ¿Con al maquinado por rayo láser? Explique su respuesta. Explique el efecto que tienen los niveles de ruido que se encuentran por debajo de 85 dBA en un ambiente de oicina. ¿Qué factores ambientales afectan la tensión por calor? ¿Cómo puede medirse cada uno de ellos? ¿Cómo podría usted determinar si el desempeño de un determinado trabajo obliga al trabajador a estar sometido a una carga excesiva de calor? PROBLEMAS 1. Un área de trabajo tiene una relectividad de 60%, con base en la combinación de colores de las estaciones de trabajo y el medio ambiente. La tarea del trabajo de ensamblado podría clasiicarse como difícil. ¿Cuál sería la iluminación que usted recomendaría? 2. ¿Cuál es el nivel de ruido combinado de dos sonidos de 86 y 96 dB? 3. Un ingeniero industrial de la Compañía Dorben diseñó una estación de trabajo donde la tarea era difícil debido al tamaño de los componentes que forman parte del ensamble. La brillantez deseada era de 100 fL y la estación de trabajo estaba pintada de verde medio con una relectancia de 50%. ¿Qué iluminación en candelas pie se requerirá en esta estación de trabajo para proporcionar la brillantez deseada? Calcule la iluminación que se requiere si usted pinta la estación de trabajo de un color crema claro. 4. A un ingeniero industrial (IE) de la Compañía Dorben se le asignó la tarea de modiicar los métodos de trabajo del departamento de prensado para cumplir con los estándares de la OSHA en relación con la exposición permitida a ruidos. El IE calculó un nivel sonoro promedio ponderado en el tiempo de 100 dBA. Los 20 operadores de este departamento portaban audífonos proporcionados por Dorben con un valor NRR de 20 dB. ¿Qué mejora se obtuvo? ¿Cree usted que este departamento ya está cumpliendo con la ley? Explique su respuesta. 5. En la Compañía Dorben, un estudio de todo un día de duración reveló las fuentes de ruido siguientes: 0.5 h, 100dBA; 1 h, menos de 80 dBA; 3.5 h, 90 dBA; 3 h, 92 dBA. ¿Cumple la compañía con la normativa vigente? ¿Cuál es la dosis de exposición? ¿Cuál es el nivel de ruido TWA? 6. En el problema 5, considere que la última exposición se llevó a cabo en el cuarto de prensado, el cual cuenta con cinco prensas en operación. Suponiendo que la Compañía Dorben puede eliminar algunas Referencias 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. prensas y transferir la producción a las prensas restantes, ¿cuántas prensas deberá eliminar de tal manera que no se exceda una dosis de exposición de 100% de los trabajadores? ¿Cuál es la iluminación sobre una supericie ubicada a 6 pulgadas de una fuente de 2 cd? ¿Cuál es la luminancia de una supericie que tiene 50% de relectancia y 4 fc de iluminación? ¿Cuál es el contraste creado por el texto oscuro (relectancia = 10%) sobre papel blanco (relectancia = 90%)? ¿Qué tan fuerte es un ruido de 80 dB con respecto a uno de 60 dB? ¿Cuál es el incremento en decibeles de un ruido que se duplica en intensidad? Una supervisora está sentada en su escritorio, el cual está iluminado por una fuente de 180 cd 3 pies por encima de él. Ella escribe con tinta verde (relectancia = 30%) sobre un tablero de notas amarillo (relectancia = 60%). ¿Cuál es la iluminación sobre el tablero de notas? ¿Es suiciente? Si no es así, ¿qué cantidad de iluminación es necesaria? ¿Cuál es el contraste de la tarea de escritura? ¿Cuál es la luminancia del tablero de notas? ¿Qué cantidad de ventilación recomendaría usted en un salón cuya área fuera de 1 000 pies2 y techos de 12 pies de altura? Suponga que el tamaño de la clase pudiera ser de 40 estudiantes. REFERENCIAS ACGIH, Threshold Limit Values for Chemical Substances and Physical Agents in the Work Environment, Cincinnati, OH: American Conference of Government Industrial Hygienists, 1985. ASA, American National Standard: Guide for the Evaluation of Human Exposure to Whole Body Vibration (ANSI S3.18-1979), Nueva York: Acoustical Society of America, 1980. ASHRAE, Handbook, Fundamentals, capítulo 8, Atlanta, GA: American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers, 1993. ASHRAE, Handbook, Heating, Ventilation and Air Conditioning Applications, capítulo 25. 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Haga uso del los colores, símbolos y caracteres alfanuméricos en las pantallas visuales. Use el color e iluminación intermitente con el in de llamar la atención. T radicionalmente, el diseño del trabajo cognitivo no se ha incluido como parte de la ingeniería de métodos. Sin embargo, debido a los continuos cambios en las ocupaciones y en el ambiente de trabajo, el estudio no sólo de los componentes manuales del trabajo, sino que también de sus aspectos cognitivos se ha convertido en un tema muy importante. Tanto las máquinas como los equipos se están haciendo cada día más complejos y automatizados —si no es que totalmente automáticos—. El operador debe ser capaz de percibir e interpretar enormes cantidades de información, tomar decisiones críticas y controlar las máquinas de una manera rápida y precisa. Además, se observa una transferencia gradual de trabajos desde el sector manufacturero al de servicios. En cualquier caso, por lo general se dará menor énfasis a la actividad física bruta y uno mayor al procesamiento de información y la toma de decisiones, en especial a través de las computadoras y toda la tecnología moderna asociada con ellas. Por lo tanto, este capítulo proporciona una explicación de la tecnología de la información, presenta un modelo conceptual básico del ser humano como elemento procesador de información y explica con detalles de qué manera se puede codiicar y presentar mejor la información con el in de obtener una máxima eiciencia, especialmente con pantallas visuales y auditivas. Asimismo, en la sección inal se presenta un bosquejo de las consideraciones de software y hardware respecto a la interacción del ser humano con las computadoras. 7.1 TEORÍA DE LA INFORMACIÓN La información, en el sentido cotidiano de la palabra, es el conocimiento que recibimos sobre un hecho en particular. Desde el punto de vista técnico, la información es la reducción de la incertidumbre acerca de ese hecho. Por ejemplo, el hecho de que se encienda un indicador luminoso del motor (aceite) cuando se enciende el automóvil proporciona muy poca información (además de que el foco funciona correctamente) debido a que se espera que este indicador se encienda. Por otro lado, cuando 217 217 218 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo el mismo indicador luminoso se enciende cuando usted circula por la carretera, éste representa una cantidad signiicativa de información acerca del estado del motor ya que es un evento inesperado y muy poco probable. Por lo tanto, existe una relación entre la probabilidad de que suceda un evento y la cantidad de información que contenga, la cual puede cuantiicarse mediante la deinición matemática de información. Observe que este concepto no tiene nada que ver con la importancia de la información; esto es, conocer el estado del motor es mucho más importante que saber si el depósito de líquido limpiaparabrisas está vacío. La teoría de la información mide la información en bits, donde un bit es la cantidad de información que se requiere para decidir entre dos alternativas equiprobables. El término bit proviene de la primera y última parte de las palabras binary digit que se utilizan en la teoría de computadoras y comunicaciones para expresar el estado encendido/apagado de un circuito integrado o el estado de polarización directa o inversa de pequeños fragmentos de núcleo ferromagnético que se utilizaron en las memorias de las computadoras arcaicas. Matemáticamente, esto se puede expresar como log2n H donde H = cantidad de información n = número de alternativas equiprobables Si se consideran sólo dos alternativas, tales como el estado de encendido/apagado de un circuito integrado o el lanzamiento de una moneda balanceada, hay 1 bit de información presente. Si se consideran 10 alternativas equiprobables como, por ejemplo, los números del 0 al 9 pueden contener 3.322 bits de información (log2 10 = 3.322). Una forma sencilla de calcular log2 es utilizar la fórmula siguiente: log2 n 1 .4427 ln n Cuando las alternativas no son equiprobables, la información contenida se determina mediante H donde hpi pi = probabilidad del i-ésimo evento log2
1pi  i = alternativas de 1 a n Como ejemplo, considere una moneda balanceada de tal manera que 90% del tiempo salga águila y sólo 10% salga sello. La cantidad de información que contiene el lanzamiento de la moneda se convierte en H 0 .9 log2
10 .9  0.469 bit 0 .1 log2
10 .1 0 .9 0 .152 0 .1 3 .32 Observe que la cantidad de información (0.469) que contiene una moneda balanceada es menor a la que contiene una moneda desbalanceada (1.0). La cantidad máxima de información se obtiene siempre y cuando las probabilidades sean equiprobables. Esto se debe a que, a medida que una alternativa se hace más probable, contiene menor cantidad de información (es decir, considere la luz indicadora del motor al arrancar el automóvil). Lo anterior nos lleva al concepto de redundancia y la reducción de información a partir de lo más posible debido a la desigualdad de las probabilidades de ocurrencia. La redundancia puede expresarse como Porcentaje de redundancia = (1 – H/Hmáx) × 100 Para el caso de una moneda ponderada, la redundancia es Porcentaje de redundancia = (1 – 0.469/1) × 100 = 53.1% Un ejemplo interesante se relaciona con el uso del idioma inglés. Hay 26 letras en el alfabeto (de la A a la Z) con un contenido teórico de información de una letra seleccionada al azar de 4.7 bits (log2 26 = 4.7). Evidentemente, cuando se combinan las letras para formar palabras, puede estar presente una cantidad de información signiicativamente mayor. Sin embargo, existe una reducción sustancial de la cantidad de información que puede presentarse en realidad debido a que las probabilidades de ocurrencia son diferentes. Por ejemplo, las letras s, t y e son mucho más comunes de 7.2 Modelo de procesamiento de información en el ser humano encontrar que la q, x y z. Se ha estimado que la redundancia del idioma inglés es de 68% (Sanders y McCormick, 1993). Por otro lado, la redundancia tiene algunas ventajas importantes respecto al diseño de pantallas y a la presentación de la información a los usuarios, temas que se analizarán posteriormente. Un concepto inal relacionado es el ancho de banda o capacidad de un canal, esto es, la velocidad máxima de procesamiento de información de un determinado canal de comunicaciones. En términos de un operador humano, el ancho de banda de las tareas de procesamiento motoras podría ser tan bajo como de 6 a 7 bits/s o tan alto como de 50 bits/s en el caso de la comunicación de voz. Desde el punto de vista del almacenamiento sensorial sólo del oído (es decir, que la información no llegue a la etapa de la toma de decisiones), el ancho de banda se aproxima a 10 000 bits/s (Sanders y McCormick, 1993). Este último valor es mucho mayor que la cantidad real de información que es procesada por el cerebro en ese tiempo debido a que la mayor parte de la información que reciben nuestros sentidos es eliminada antes de llegar al cerebro. 7.2 MODELO DE PROCESAMIENTO DE INFORMACIÓN EN EL SER HUMANO Se ha propuesto un gran número de modelos para explicar la forma en que las personas procesamos la información. La mayoría de estos modelos consisten en cajas negras (debido a que la información está relativamente incompleta) que representan las diferentes etapas del procesamiento. La igura 7.1 presenta uno de dichos modelos, el cual consta de cuatro etapas o componentes principales: percepción, selección de la decisión y la respuesta, ejecución de la respuesta, memoria y recursos de atención distribuidos en las diferentes etapas. El componente de la toma de decisiones, cuando se combina con la memoria de trabajo y la de largo plazo, puede considerarse como la unidad de procesamiento central mientras que el almacén sensorial es una memoria muy transitoria y se ubica en la etapa de entrada (Wickens, Gordon y Liu, 1997). TEORÍA DE LA PERCEPCIÓN Y DE LA DETECCIÓN DE SEÑALES La percepción es la comparación entre la información que ingresa mediante el estímulo y el conocimiento almacenado para categorizar la información. La forma más básica de percepción es la detección simple, esto es, determinar si el estímulo está en realidad presente. El punto en cuestión incrementa su nivel de complejidad si se le pide a la persona que indique el tipo de estímulo o clase de estímulo a la cual pertenece y que posteriormente llegue al punto de la identiicación y el reconocimiento mediante el uso de experiencias previas y asociaciones aprendidas. La relación subsiguiente entre la memoria de largo plazo y la codiicación sensorial se muestra en la igura 7.1. Esta última es más compleja y puede explicarse en términos del análisis de características, la descomposición de objetos en formas geométricas o texto en palabras y secuencias de caracteres y, simultáneamente, de procesamiento de arriba hacia abajo o viceversa para reducir la cantidad de información que ingresa a la unidad de procesamiento central. Conceptualmente, el procesamiento de arriba hacia abajo se maneja mediante el uso de conceptos de alto nivel para procesar características perceptuales de bajo nivel, mientras que el procesamiento de abajo hacia arriba es operado a través de datos y guiado por características sensoriales. La parte de detección de la codiicación sensorial puede modelarse o, en el caso de tareas muy sencillas, cuantiicarse a través de la teoría de la detección de señales (SDT). El concepto fundamental del SDT es que, en cualquier situación, un observador necesita identiicar una señal (es decir, saber si está presente o no lo está) del ruido confuso. Por ejemplo, un inspector de calidad de una operación electrónica debe identiicar y eliminar los capacitores de circuitos defectuosos de los capacitores que están en buen estado que se utilizan en el ensamble de tarjetas de circuito impreso. Los capacitores defectuosos representan la señal, la cual podría identiicarse por una cantidad excesiva de soldadura que genera un cortocircuito en el capacitor. En este caso, los capacitores en buen estado podrían considerarse ruido. Observe que se podría invertir el proceso de decisión fácilmente considerando que los buenos capacitores representaran la señal y los defectuosos el ruido. Lo anterior probablemente dependería de las proporciones relativas de cada uno. 219 220 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo Recursos de la atención Almacén sensorial de corto plazo Estímulo Percepción Selección de la decisión y la respuesta Ejecución de la respuesta Respuestas Memoria de trabajo Figura 7.1 Modelo de procesamiento de información humano. Memoria de largo plazo (Fuente: Wickens, 1984, Fig 1.1 Reimpreso con permiso del editor.) Memoria Retroalimentación Puesto que el observador debe identiicar si la señal está presente y que sólo existan dos estados posibles (es decir, que la señal esté o no esté), hay un total de cuatro resultados posibles: 1. 2. 3. 4. Éxito: lo cual dice que hay una señal cuando la señal está presente Rechazo de la corrección: lo cual dice que no hay señal cuando la señal no está presente Falsa alarma: lo cual dice que hay una señal cuando la señal no está presente Fallo: lo cual dice que no hay señal cuando la señal está presente Tanto la señal como el ruido pueden variar a través del tiempo, como ocurre en el caso de la mayoría de los procesos industriales. Por ejemplo, una máquina soldadora puede calentarse e inicialmente emitir una gota de gran tamaño sobre los capacitores o simplemente puede presentarse una variación “aleatoria” en los capacitores sin que se haya determinado una causa todavía. Por ello, tanto la señal como el ruido forman distribuciones de variación de la cantidad de soldadura de baja a alta, lo cual típicamente se modela como distribuciones normales superpuestas (igura 7.2). Observe que las distribuciones se superponen debido a que la excesiva soldadura sobre el cuerpo del capacitor puede provocar que se ponga en corto, lo cual provocará que el producto sea defectuoso (en este caso la señal). Sin embargo, si existe una cantidad excesiva de soldadura, pero principalmente en las puntas, es probable que el capacitor no se ponga en cortocircuito y, por lo tanto, se encuentre en buen estado (en este caso ruido). Debido al tamaño cada vez más pequeño de los productos electrónicos, los capacitores son menores que la cabeza de un aliler, por lo que la inspección visual de éstos no representa una tarea sencilla. Cuando aparece un capacitor, el inspector necesita decidir si la cantidad de soldadura es demasiada o si debe rechazar el capacitor. Ya sea mediante instrucciones o suiciente práctica, el inspector realiza un juicio mental estándar, el cual se muestra en la igura 7.2 como una línea vertical y se llama criterio de respuesta. Si la cantidad de soldadura detectada, la cual ingresa al sistema visual como un alto nivel de estimulación sensorial, excede el criterio, el inspector debe anunciar que existe una 7.2 Modelo de procesamiento de información en el ser humano d' Beta = b/a Decir “señal” Probabilidad de ocurrencia Decir “no señal” b 221 Distribución del ruido solamente Señal + distribución del ruido ÉXITO RECHAZO CORRECTO a FRACASO FALSA ALARMA bajo criterio Intensidad de la “actividad sensorial” alto Figura 7.2 Ilustración conceptual de la teoría de detección de señales. señal. Por otro lado, si la cantidad que se detectó es pequeña, se recibirá un nivel más pequeño de estimulación sensorial, por debajo del criterio, y el inspector deberá anunciar que no hay señal. Relacionado con el criterio de respuesta se encuentra la cantidad beta. Numéricamente, beta es la relación entre la altura de las dos curvas (señal a ruido) de la igura 7.2 en el punto de criterio en cuestión. Si el criterio se desplaza hacia la izquierda, beta disminuye cuando aumentan los éxitos, pero a expensas de un correspondiente incremento de falsas alarmas. Este comportamiento por parte del observador se llama arriesgado. Si el criterio fuera en el punto donde se intersecan las dos curvas, beta sería igual a 1.0. Por otro lado, si el criterio se desplaza hacia la derecha, beta aumenta cuando disminuyen tanto los éxitos como las falsas alarmas. Este comportamiento de parte del observador se llama conservador. El criterio de respuesta (y beta) pueden variar fácilmente en función del humor o fatiga del inspector visual. No sería extraño que el criterio se desplazara hacia la derecha y la tasa de fallas se incrementara en notablemente las tardes de los viernes poco antes de la salida. Observe que existirá una reducción correspondiente del número de éxitos debido a que las dos probabilidades suman 1. De manera similar, las probabilidades de un rechazo correcto y falsas alarmas también suman 1. La variación en el criterio de respuesta se llama sesgo de la respuesta y pudo también haber cambiado con un conocimiento anterior o con cambios en la expectativa. Si se hubiese sabido que la máquina de soldar no estaba funcionando, probablemente el inspector hubiese desplazado el criterio hacia la izquierda, lo que incrementaría el número de éxitos. El criterio pudo haber cambiado debido a los costos o beneicios asociados con los cuatro resultados. Si un lote de capacitores en particular hubiese sido enviado a la NASA para ser utilizados en el transbordador espacial, los costos de enviar componentes defectuosos hubiesen sido demasiado elevados y el inspector hubiese establecido un criterio muy bajo, lo que generaría muchos éxitos, pero también muchas falsas alarmas con los correspondientes elevados costos (por ejemplo, perder buenos productos). Por otro lado, si los capacitores estuvieran siendo utilizados en teléfonos celulares desechables de bajo costo, el inspector habría establecido un criterio muy elevado, lo que permitiría que muchos capacitores defectuosos pasaran a través del punto de veriicación como fracasos. Un segundo concepto de importancia en SDT es la sensibilidad o resolución del sistema sensorial. En SDT, la sensibilidad se mide como la separación entre las dos distribuciones que se muestran en la igura 7.2 y se identiican como d ′. A medida que la separación sea mayor, mayor será la sensibilidad del observador y las respuestas correctas (más éxitos y más rechazos correctos) y se cometerá un menor número de errores (menos falsas alarmas y fracasos). En general, la sensibilidad mejorará a medida que haya más entrenamiento y vigilancia (por ejemplo, a través de descansos más frecuentes) por parte del inspector, una mejor iluminación en la estación de trabajo y la reducción de la velocidad 222 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo de la presentación de las señales (la cual conlleva reducir la productividad). Otros factores que pueden ayudar a aumentar la sensibilidad están relacionados con el suministro de patrones visuales de partes defectuosas y la posibilidad de ofrecer un conocimiento de los resultados. Observe que ofrecer incentivos ayudará a incrementar el número de éxitos. Sin embargo, esto es particularmente válido debido a un desplazamiento del sesgo de la respuesta (no de un incremento de la sensibilidad) con un correspondiente aumento del número de falsas alarmas. De manera similar, introducir “señales falsas” para incrementar la vigilancia dará como resultado una mayor tendencia a desplazar el sesgo de la respuesta. En Green y Swets (1988) se puede encontrar más información acerca de la teoría de detección de señales. MEMORIA Una vez que el estímulo ha sido codiicado de forma sensorial, éste va a la memoria de trabajo, uno de los tres componentes del sistema humano de la memoria. Los otros dos son el almacén sensorial y la memoria de largo plazo. Cada canal sensorial cuenta con un mecanismo de almacenamiento EJEMPLO 7.1 Teoría de la detección de señales aplicada a la inspección de vidrio Una buena aplicación de la teoría de detección de señales fue detallada por Drury y Addison (1973) en la inspección visual del vidrio. La inspección se desarrolló en dos etapas: 1) la inspección general de 100% en la que cada artículo era aceptado o rechazado y 2) una inspección muestral con la ayuda de examinadores especiales quienes reexaminaban los resultados anteriores y suministraban retroalimentación a los inspectores generales. Con base en la calidad de los artículos que se inspeccionaban, una parte estaban bien y los demás estaban defectuosos. El inspector general sólo pudo tomar dos decisiones: aceptar o rechazar. Las respuestas apropiadas podrían ser aceptar un artículo bueno (éxito) y rechazar uno defectuoso (corregir el rechazo). Sin embargo, algunos artículos buenos podrían ser rechazados (fracasos) y algunos artículos defectuosos podrían ser aceptados (falsas alarmas). Considere cuatro casos diferentes con condiciones variables. Caso I: Inspector conservador. Un inspector conservador establece el criterio alejado hacia la derecha (igura 7.3a). En dicha situación, la probabilidad de éxitos (diciendo sí a la señal del vidrio bueno) es baja (por ejemplo, de 0.30). La probabilidad de falsas alarmas (diciendo sí al ruido del vidrio defectuoso) es aún menor (por ejemplo, de 0.05). Beta se determina mediante la relación entre las ordenadas de la curva de la señal y la curva de ruido en el criterio. La ordenada de una curva normal estándar es 2 e⫺z >2 y⫽ 22p En el caso de la curva de señal, una probabilidad de 0.30 arroja una z de 0.524 y una ordenada de 0.348. En el caso de la curva de ruido, la probabilidad de 0.05 da una z de 1.645 y una ordenada de 0.103. Beta, entonces, es igual a 3.38 (0.348/0.103). Observe que la probabilidad de éxitos y fracasos es igual a 1.0 (es decir, 0.30 + 0.70 = 1.0). Lo mismo es válido en el caso de las falsas alarmas y los rechazos correctos. Caso 2: Inspector promedio. Si el inspector es promedio ⎯ni conservador ni arriesgado⎯, la probabilidad de éxitos es aproximadamente igual a la probabilidad de rechazos correctos (igura 7.3b). Las curvas se intersecan simétricamente, lo que da como resultado los mismos valores de ordenada y un valor de 1.0 para beta. Caso 3: Inspector arriesgado. Un inspector arriesgado (igura 7.3c) establece el criterio alejado hacia la izquierda, lo cual incrementa la probabilidad de éxitos (por ejemplo, 0.95) a expensas de una elevada probabilidad de falsas alarmas (por ejemplo 0.70). En este caso, para la curva de la señal, una probabilidad de 0.95 da una z de 1 – 1.645 y una ordenada de 0.103. En el caso de esta curva de ruido, una probabilidad de 0.70 nos da una z de – 0.524 y una ordenada de 0.348. Beta, entonces, se convierte en 0.296 (0.103/0.348). Caso 4: Sensibilidad incrementada. La sensibilidad puede calcularse como la diferencia del valor de z de la misma abscisa de ambas curvas, de la señal y del ruido (igura 7.3): d ′ = z (falsas alarmas) – z (éxitos) 7.2 Señal Ruido Sí 0.30 0.05 No 0.70 0.95 Modelo de procesamiento de información en el ser humano Señal Ruido Sí 0.70 0.30 No 0.30 0.70 ␤=1 ␤ alta a) b) Señal Ruido Sí 0.95 0.70 No 0.05 0.30 ␤ baja Señal Ruido Sí 0.90 0.10 No 0.10 0.90 ␤=1 c) d) Figura 7.3 Teoría de la detección de señales aplicada a la inspección: a) inspector conservador, b) inspector promedio, c) inspector arriesgado, y d) incremento de la sensibilidad. Mediante el uso del criterio 1, d¿ ⫽ 1.645 ⫺ 0.524 ⫽ 1.121 Se llega al mismo resultado a partir del criterio del caso 3: d
0 .524 1 .645  1 .121 Si la señal puede aislarse mejor de ruido, la probabilidad de éxitos aumentará (por ejemplo, hasta un valor de 0.90), mientras que la probabilidad de falsas alarmas permanecerá en un valor bajo (por ejemplo, 0.10). Mediante el uso del criterio como punto de comparación, la probabilidad de éxitos es de 0.90 con un valor correspondiente de z de –1.283 y una ordenada de 0.175. La probabilidad de falsas alarmas es de 0.10 con un valor correspondiente de z de 1.283 y una ordenada de 0.175. Por lo tanto, la sensibilidad se calcula como, d 1 .283
1 .283  2 .566 223 224 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo Debido al incremento de la sensibilidad, hay un mejor desempeño para identiicar partes defectuosas. A veces, la tasa de éxitos se graica contra la tasa de falsas alarmas con el in de obtener una curva característica del operador receptor en la cual la desviación de la curva respecto a la pendiente de 45 grados indica la sensibilidad. En el estudio del caso de Drury y Addison (1973), se recolectaron datos semanales respecto a la inspección del vidrio a partir de los cuales se calculó el valor de d ′. Un cambio en la política de inspección consistente en proporcionar retroalimentación al inspector general más rápidamente dio como resultado que se incrementara d ' de un valor medio de 2.5 a uno de 3.16, lo cual representa un incremento de 26% en la sensibilidad a lo largo de 10 semanas (vea la igura 7.4). Esto representó un incremento de 60% de la relación señal a ruido (es decir, de beta) y una reducción de 50% de la probabilidad de no detectar un defecto. temporal que prolonga el estímulo para que pueda codiicarse correctamente. Este almacenamiento es muy breve, del orden de 1 o 2 segundos, lo cual depende del canal sensorial, antes de que la representación del estímulo desaparezca. También está muy automatizado, en el sentido de que su mantenimiento no requiere de mucha atención. Por otro lado, puede hacerse muy poco para conservar este almacenamiento o aumentar la longitud del lapso que se considere. Observe también en la igura 7.1 que, a pesar de que puede haber una gran cantidad de estímulos, lo cual podría representarse en el orden de millones de bits de información ingresando al almacén sensorial, en realidad sólo una porción muy pequeña de dicha información se codiica y envía a la memoria de trabajo. Contrariamente a la memoria de largo plazo, la memoria de trabajo representa un medio de almacenamiento temporal de información o de conservarla activa mientras es procesada para obtener una respuesta. Por lo tanto, a veces se le conoce como memoria de corto plazo. Buscar un número telefónico en el directorio y retenerlo hasta que éste haya sido marcado y encontrar un código de procesamiento en una lista y teclearlo en el tablero de control de una máquina representan buenos ejemplos de la memoria de trabajo. La memoria de trabajo tiene límites en cuanto a la cantidad de información y la longitud del tiempo que pueden conservarse los datos. El límite superior de la capacidad de la memoria de trabajo es de aproximadamente 7 ± 2 números, a lo cual se le conoce a menudo como la regla de Miller en honor al psicólogo que la deinió (Miller, 1956). Por ejemplo, recordar los 11 dígitos 12125551212 sería muy difícil si no es que imposible. La capacidad de recordar puede mejorarse mediante la fragmentación, es decir, el agrupamiento de números similares. Cuando los números que se mencionaron con anterioridad se agrupan como 1-212-555-1212, se pueden recordar mucho más fácilmente como tres grupos (el 1 es el estándar 4 Detectabilidad (d′) 3 2 1 Figura 7.4 Cambio de sensibilidad respecto al tiempo de inspección de vidrio. (De: Drury y Addison, 1973; Taylor & Francis, Filadelia, PA.) 0 Cambio 0 5 10 15 20 25 Número de semana 30 35 40 45 7.2 Modelo de procesamiento de información en el ser humano para llamar de larga distancia). De manera similar, mediante el ensayo o la repetición mental de los números, lo cual consume más recursos adicionales de atención (vea la igura 7.1) de la memoria de trabajo, se puede mejorar la capacidad de recordar. La memoria de trabajo se deteriora muy rápido, a pesar del ensayo o el reciclado en serie de los números que se quieren recordar. A medida que haya más números en la memoria de trabajo, tomará más tiempo reciclarlos y será mayor la probabilidad de que se pierdan uno o más de ellos. Se ha calculado que la vida media del almacenamiento en memoria de tres números es de 7 segundos. Lo anterior se puede demostrar fácilmente presentando a un sujeto tres números aleatorios (por ejemplo, 5 3 6). Después de contar hacia atrás 7 segundos con el in de evitar el ensayo, la mayoría de las personas han olvidado al menos un número, si no es que dos. Algunas recomendaciones para reducir errores en las tareas que requieren el uso de la memoria de trabajo (Wickens, Gordon y Liu, 1997) son: ■ ■ ■ ■ ■ Minimizar la carga de memoria en términos de capacidad y del tiempo para conservar el recuerdo. Utilizar la fragmentación, especialmente en términos de las secuencias con signiicado y el uso de letras respecto a los números (por ejemplo, el uso de palabras o siglas en lugar de números en el caso de números telefónicos libres de pago como, por ejemplo, 1-800-CTD-HELP). Mantenga los fragmentos de tamaño reducido de no más de tres o cuatro caracteres de naturaleza arbitraria. Evite mezclar números con letras (es decir, los fragmentos deben contener caracteres similares). Minimice la confusión que surge de propiciar caracteres con sonidos similares (por ejemplo, las letras D, P y T se confunden fácilmente, contrariamente a lo que sucede con las letras J, F y R). La información de la memoria de trabajo puede transferirse a una memoria de largo plazo en caso de que se necesitara para su uso posterior. Ésta podría ser información relacionada al conocimiento general en la memoria semántica o información acerca de eventos especíicos en la vida de una persona en la forma de memoria de eventos. Dicha transferencia deberá llevarse a cabo de una manera ordenada de tal forma que se puedan recuperar fácilmente los datos en un momento posterior mediante un proceso que conocemos con el nombre de aprendizaje. El proceso de recuperación de información es el enlace débil y puede ser facilitado mediante la activación frecuente de esa ruta de la memoria (por ejemplo, un número del seguro social o telefónico que se utiliza todos los días) y mediante el uso de asociaciones con el conocimiento adquirido con anterioridad. Dichas asociaciones deben ser concretas en lugar de abstractas y llenas de signiicado para el usuario que utiliza sus expectativas y estereotipos. Por ejemplo, el nombre John Brown puede asociarse con la imagen de una casa café. Si existe una falta de asociaciones claras y bien organizadas, el proceso puede realizarse de manera artiicial en la forma de reglas mnemotécnicas ⎯una sigla o una frase⎯, cuyas letras representan una serie de caracteres. Por ejemplo, el código de colores de las resistencias (negro, café, rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta, gris, blanco) puede recordarse a partir de las primeras letras de cada palabra en la expresión “big brown rabbits often yield great big vocal groans when gingerly slapped”. La estandarización de procedimientos o el uso de las ayudas de la memoria (signos o notas) en procedimientos complejos también ayudan mediante la reducción de la carga en la memoria de largo plazo. Desafortunadamente, la memoria de largo plazo decae de manera exponencial, y su reducción es más signiicativa en los primeros días. Debido a esto, la eicacia de los programas de entrenamiento no debe evaluarse inmediatamente después de su impartición. TOMA DE DECISIONES Y SELECCIÓN DE LA RESPUESTA En realidad, la toma de decisiones es la parte medular del procesamiento de información, en la cual las personas evalúan las alternativas y seleccionan la respuesta apropiada. Relativamente, éste es un proceso a largo plazo y debe distinguirse del procesamiento a corto plazo como el tiempo de reacción a la elección. Desafortunadamente, las personas no toman decisiones de manera óptima y, a menudo, no toman decisiones racionales con base en números objetivos o en información general. El método racional de la teoría de decisiones clásica sería el cálculo de un valor esperado con base en la suma de productos de cada resultado multiplicado por su probabilidad esperada: 225 226 Diseño del trabajo cognitivo CAPÍTULO 7 E ⫽ ©pivi donde E = valor esperado pi = probabilidad del i-ésimo resultado vi = valor del i-ésimo resultado Desafortunadamente, por lo general las personas utilizan una gran variedad de guías heurísticas para tomar decisiones, en cuyo caso una gran cantidad de sesgos pueden inluir sobre la manera en la que buscamos información, asignamos valores a las salidas y tomamos decisiones generales. Una breve lista de dichos sesgos se puede deducir a partir de Wickens, Gordon y Liu (1997): ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ Se utiliza un número limitado de claves o fragmentos de información. Se le da un peso excesivo a las primeras claves. A las últimas claves no se les presta atención. A las claves prominentes se les asigna un mayor peso. Toda la información se pondera equitativamente sin que importe el peso verdadero. Se genera un limitado número de hipótesis. Una vez que se ha seleccionado una hipótesis, se suprimen las últimas claves. Sólo se vislumbra la información de conirmación para las hipótesis seleccionadas. Sólo se selecciona un número reducido de respuestas. Se le otorga más importancia a las pérdidas potenciales que a las probables ganancias correspondientes. Mediante la comprensión de estos sesgos, el ingeniero industrial puede presentar información de una mejor manera y establecer el proceso general para mejorar la calidad de la toma de decisiones y minimizar errores. Además, las teorías actuales acerca de la toma de decisiones se centran alrededor de la conciencia situacional, la cual es una evaluación de todas las claves que se reciben del ambiente reinante. Requiere de la integración de las claves o de la información en representaciones mentales que varían desde un esquema simple hasta modelos mentales complejos. Para mejorar la conciencia situacional, es necesario entrenar a los operadores para reconocer y considerar las claves apropiadas, encontrar inconsistencias dentro de las claves de la situación y analizar y resolver cualquier conlicto que afecte las claves o la situación. Las ayudas para la toma de decisiones, como las tablas simples de decisión (que se analizan en el capítulo 9) o sistemas expertos más complejos pueden ayudar en el proceso de la toma de decisiones. Asimismo, el despliegue de claves importantes, la eliminación de claves indeseables y el uso de técnicas espaciales y la integración de despliegues también pueden ser útiles en este proceso. Algunas de estas técnicas se analizarán en la sección titulada modalidades de despliegue. La velocidad y diicultad de la toma de decisiones y la selección de respuestas, como se analizó anteriormente, están inluenciadas por muchos factores. Por lo general, los intentos por cuantiicar este proceso se realizan a través de un experimento elección-tiempo de reacción, en el cual el operador debe responder a varios estímulos con las respuestas apropiadas (vea la igura 7.5a). Esto puede considerarse como la toma de decisiones simple y, con base en el sistema de procesamiento de información del ser humano, el tiempo de respuesta debe aumentar a medida que el número de estímulos alternos se incremente. La respuesta es no lineal (vea la igura 7.5b), pero cuando la complejidad de la decisión se cuantiica en términos de la cantidad de información que contiene en bits, la respuesta se hace lineal y se conoce como ley Hick-Hyman (Hick, 1952; Hyman, 1953; vea la igura 7.5c) RT ⫽ a ⫹ bH donde RT = H= a= b= tiempo de respuesta (s) cantidad de información (bits) intersección pendiente, que a veces se conoce como velocidad de procesamiento de la información Observe que cuando sólo existe una opción (por ejemplo, cuando aparezca la luz, presione el botón), H = 0 y el tiempo de respuesta es igual a la intercepción. Esto se conoce como el tiempo de reacción 7.2 Modelo de procesamiento de información en el ser humano 227 simple, el cual puede variar en función al tipo de estímulo (los tiempos de reacción de la audición son de alrededor de 40 ms más rápidos que los tiempos de reacción visual), la intensidad del estímulo y el estado de preparación de la señal. Los tiempos de reacción a la elección general también varían de manera considerable debido a una gran cantidad de factores. A medida que crece la compatibilidad (vea también la sección 5.3) entre el estímulo y la respuesta, la respuesta será más rápida. A medida que hay más práctica, la respuesta será más rápida. Sin embargo, a medida que el operador trate de responder más rápido, será mayor el número de errores. De manera similar, si existe un requisito que establezca una presión muy elevada (por ejemplo, en el control del tráico aéreo), el tiempo de respuesta se extenderá. A esta relación inversa se le conoce como compromiso velocidad-precisión. El uso de dimensiones múltiples, otra forma de redundancia, puede también reducir el tiempo de respuesta en la toma de decisiones; o, de forma contraria, si hay información en conlicto, el tiempo de respuesta va a ser más extenso. Un ejemplo clásico es la Tarea color-palabra de Stroop (Stroop, 1935), en la cual se le pide al sujeto que lea una serie de palabras que expresan colores lo más rápido que pueda. En el caso de redundancia de controles, si se le muestra tinta roja y el operador emite la palabra rojo, el sujeto emitirá una respuesta rápida. En el caso conlictivo, si se le muestran las letras con tinta roja y el operador emite la palabra azul, el tiempo de respuesta se ampliará debido a conlictos semánticos y visuales. EJECUCIÓN DE LA RESPUESTA La ejecución de la respuesta depende fundamentalmente del movimiento humano. En el capítulo 4 se pueden encontrar más detalles acerca del sistema músculo-esquelético, el control motor y el trabajo manual. Observe que la Tarea de golpes de Fitts (vea la igura 7.7) es una simple extensión de la ley de Hick-Hyman respecto al movimiento y también un ejemplo de un compromiso velocidad-precisión con relación al tamaño del tiempo del objetivo y del movimiento. Las aplicaciones especíicas de las respuestas respecto a los controles y a la operación de las máquinas y otros equipos se estudian en el capítulo 5. Figura 7.5 Ley de Hick-Hyman aplicada en un experimento de tiempos de elección-reacción: a) experimento de tiempo de elección-reacción con el software Design Tools; b) datos iniciales; c) información expresada en bits. a) (continúa) 228 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo Tiempo de reacción (mseg) 700 600 500 400 300 200 100 0 0 2 4 6 Número de alternativas 8 10 b) Tiempo de reacción (mseg) 700 600 500 400 b = 140 mseg/bit 300 200 a = 190 100 0 0 Figura 7.5 (continuación) EJEMPLO 7.2 0.5 1 1.5 2 2.5 Cantidad de información (bits) 3 3.5 c) Procesamiento de información del ser humano en una tarea de cableado Un buen ejemplo de la cuantiicación de la cantidad de información procesada en una tarea industrial fue presentado por Bishu y Drury (1988). En una tarea simulada de cableado, los operadores movían un punzón hacia la terminal o ubicación sobre un tablero de control, conformado por cuatro placas diferentes, cada una de las cuales tenía ocho posibles componentes. Cada área de componentes estaba dividida en 128 terminales con un arreglo de ocho columnas y 16 ilas. La tarea más compleja involucraba las cuatro placas (log2 4 = 2 bits de información), los ocho componentes (3 bits), ocho columnas (3 bits) y 16 ilas (4 bits) todo lo cual constituía una complejidad total de 12 bits (suma de 2, 3, 3 y 4). A partir de este panel de control, se pueden construir otros de menor complejidad mediante la reducción del número de placas, componentes, columnas y ilas. Una tarea de baja complejidad sólo involucra dos placas (1 bit), cuatro componentes (2 bits), cuatro columnas (2 bits) y 8 ilas (3 bits) para dar una complejidad total de 8 bits (la suma de 1, 2, 2 y 3). También se consideraron otras tareas de complejidad intermedia. Los resultados inales mostraron una relación lineal entre el tiempo de procesamiento de la información (cableado simulado o colocación) y la complejidad de la información de la entrada (vea la igura 7.6). Mediante el uso de la ley Hick-Hyman, esta relación puede expresarse como IP ⫽ ⫺ 2.328 ⫹ 0.7325H donde IP = tiempo de procesamiento de información (s) H = cantidad de información (bits) 7.2 229 Modelo de procesamiento de información en el ser humano Por lo tanto, a medida que aumenta el número de alternativas para realizar la tarea, también reincrementa la carga informacional en la unidad central de proceso del operador humano así como el tiempo correspondiente del desempeño de la tarea. Observe que en este caso de la vida real de una tarea compleja, la intercepción no siempre es un valor positivo correspondiente al simple tiempo de reacción. Ley de Fitts y procesamiento de información del movimiento Fitts (1954), que aplicó la teoría de la información al modelado del movimiento del ser humano, fue quien desarrolló el índice de diicultad para predecir el tiempo de los movimientos. Este índice se deinió en función de la distancia del movimiento y el tamaño del objetivo en una serie de movimientos posicionales hacia y desde objetivos idénticos: ID ⫽ log2 12D>W2 donde ID = índice de diicultad (bits) D = distancia entre los centros del objetivo W = ancho del objetivo Se comprobó que el tiempo del movimiento cumplía con la ley de Hick-Hyman, ahora conocida como ley de Fitts: MT ⫽ a ⫹ b 1ID 2 donde MT = tiempo del movimiento (s) a = intercepción b = pendiente En una aplicación particularmente exitosa de la ley de Fitts, Langolf, Chafin y Foulke (1976) modelaron el movimiento humano realizado por diferentes extremidades a lo largo de un gran número de distancias, incluyendo objetivos muy pequeños, visibles sólo con la ayuda de un microscopio. Sus resultados (vea la igura 4.14) arrojaron pendientes de 105 ms/bit para el brazo, 45 ms/bit para la muñeca y 26 ms/bit para el dedo. El valor inverso de la pendiente se interpreta, de acuerdo con la teoría de la información, como el ancho de banda de sistema motor. En este caso, los anchos de banda fueron de 38 bits/s para el dedo, 23 bits/s para la muñeca y 10 bits/s para el brazo. Esta reducción de las velocidades de procesamiento de información se explicó como resultado del procesamiento adicional de las articulaciones, músculos y unidades motoras. Como un detalle interesante, estos resultados son idénticos a la clasiicación de movimientos de Gilbreth (vea la sección 4.2). RECURSOS DE ATENCIÓN Los recursos de atención o, en términos más sencillos, la atención, se reiere a la cantidad de capacidad cognitiva que se dedica a una tarea en particular o etapa de procesamiento. Dicha cantidad puede variar de manera considerable desde tareas de ensamble rutinarias y bien practicadas con reducidas demandas de atención hasta tareas relacionadas con el control de tráico aéreo que exigen un elevado nivel de atención. Además, esta capacidad cognitiva puede aplicarse de una forma muy directa, como en un punto especíico de una parte en particular del sistema de procesamiento de información del ser humano llamada atención enfocada, o, de una manera mucho más difusa a varias o a todo el sistema de procesamiento de información del ser humano, lo cual se llama atención dividida. Un ejemplo de la atención enfocada en la memoria de trabajo se podría presentar mientras un operador trata de recordar un código de procesamiento de consulta mientras lo ingresa en una máquina herramienta controlada por computadora. El enfoque de la atención puede mejorarse si se reduce el número de fuentes de información en competencia o las demandas del sistema de procesamiento de información del ser humano o si se separan dichas fuentes de la manera más distinta posible. Por otro lado, cuando un inspector clasiica manzanas en una banda transportadora, divide su atención entre la percepción visual de los defectos y tamaños de las manzanas, la toma de decisio- EJEMPLO 7.3 230 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo Figura 7.6 Ley de Hick-Hyman aplicada a una tarea de cableado. (Reimpreso de Applied Ergonomics, vol. 19, “Bishu y Drury, Information Processing in Assembly Task—A Case Study”, pp. 90-98, 1988, con el permiso de Elsevier Science.) Tiempo de procesamiento de la información (seg) 7.0 HHHH 6.5 LHHH 6.0 5.5 5.0 LLHL LLLH 4.5 HLLL 4.0 LHLH HLLH LLHH HLHL LHHL HHLH HLHH HHHL HHLL LLLL LHLL 3.5 3.0 7 8 9 10 Entrada de información (bits) 11 12 nes acerca de la naturaleza del defecto y el tamaño de la manzana, con referencia a la memoria y a las imágenes almacenadas a partir del entrenamiento que recibió, y los movimientos de las manos para quitar las manzanas dañadas y clasiicar por tamaño las que están en buen estado en los contenedores apropiados. A este último caso consistente en realizar varias tareas de manera simultánea también se le conoce como multitarea o compartición del tiempo. Debido a que los recursos cognitivos de la atención están relativamente limitados, la compartición de tiempo entre varias tareas probablemente dará como resultado un deterioro del desempeño de una o más tareas en comparación con una sola de ellas. De nuevo, puede resultar complejo mejorar el desempeño de la tarea en dichas situaciones, pero también se utilizan estrategias similares como las que se estudiaron en el caso de la atención enfocada. El número y grado de diicultad de las tareas debe minimizarse. Es Figura 7.7 Tarea de golpes de Fitts con el paquete de software DesignTools. 7.2 Modelo de procesamiento de información en el ser humano necesario que las tareas se realicen de la manera más disímil posible en términos de las demandas exigidas a la etapa de procesamiento de la igura 7.1. Mientras que una tarea de ensamblado manual sólo con instrucciones auditivas puede llevarse a cabo sin problemas, un músico que esté ai nando un instrumento tendrá problemas para escuchar comentarios verbales. Un método muy exitoso para explicar el desempeño del tiempo compartido con tareas múltiples es el modelo de recursos múltiples de Wickens (1984). Una extensión de los modos de atención a múltiples recursos se relaciona con la medida de la carga de trabajo mental o las demandas que se le imponen al procesador de información del ser humano. Una deinición utiliza la relación de los recursos que se requieren y los recursos disponibles, donde el tiempo es uno de los más importantes entre la gran cantidad de recursos que se necesitan. En los ejemplos que se mencionaron anteriormente, el ensamblado simple puede ser una tarea que consuma mucho tiempo, pero no demanda en particular recursos cognitivos. Por otro lado, el control del tráico aéreo, en horas pico, puede ser una tarea muy demandante. En realidad, puede ser muy difícil cuantiicar las demandas impuestas al operador. Algunos de los métodos que se utilizan para cuantiicarlas son las siguientes: ■ ■ ■ ■ Las medidas de la tarea principal pueden ser el tiempo que se requiere para llevar a cabo la tarea dividido entre el tiempo total disponible, o el número de artículos terminados por unidad de tiempo. El problema de este método es que el tiempo compartido de algunas de estas tareas es mejor que el de otras. La medición de la tarea secundaria utiliza el concepto de capacidad de reserva que, si no está directamente relacionada con el desempeño de la tarea principal, será utilizada por la tarea secundaria (tiempo de reacción a la elección), la cual puede ser controlada y más fácilmente medida. El problema de este método es que, por lo general, la tarea secundaria parece artiicial e intrusiva y que es difícil identiicar la forma en que el operador asigna prioridades al desempeño de ambas tareas. Se piensa que las medidas isiológicas (por ejemplo, la variabilidad del ritmo cardiaco, el movimiento de los ojos, el diámetro de las pupilas, los electroencefalogramas) responden al estrés impuesto por la carga de trabajo mental; a pesar de que por lo general no interieren con el desempeño de la tarea principal, el equipo necesario para medirlas lo puede hacer. Se piensa que las medidas subjetivas agregan todos los aspectos de la carga de trabajo mental en un valor general simple (o en un promedio ponderado en varias escalas). Desafortunadamente, los reportes subjetivos no siempre relejan con precisión el desempeño real; también la motivación puede afectar signiicativamente los valores. Para realizar un análisis más detallado acerca de la carga de trabajo mental y las ventajas y desventajas de las diferentes formas para medirlo, consulte Wickens (1984), Eggemeier (1988) y Sanders y McCormick (1993). Un ejemplo inal de los recursos de la atención se relaciona con la habilidad que tiene un operador (por ejemplo, un inspector visual) de mantener la atención y permanecer alerta por periodos prolongados. Conocida con el nombre de atención sostenida o vigilancia, el problema radica en cómo minimizar la reducción de vigilancia que se presenta después de un periodo de 30 minutos y se incrementa hasta 50% cuando aumenta el tiempo (Giambra y Quilter, 1987; vea la igura 7.8). Desafortunadamente, existen muy pocas contramedidas documentadas que dan resultado en el caso de tareas industriales. El método básico consiste en tratar de mantener un alto nivel de alerta, el cual mantiene el desempeño de acuerdo a la curva en U invertida de Yerkes-Dodson (1908) (vea la igura 7.9). Este estado puede lograrse si se ofrecen periodos de descanso más frecuentes, se rediseñan las tareas, se da más retroalimentación a los trabajadores acerca del desempeño de la detección y se utilizan los niveles de estimulación apropiados, ya sea internos (por ejemplo, cafeína) o externos (por ejemplo, música o ruido blanco) o aun a través de la introducción de falsas señales. Sin embargo, este último cambio del criterio de detección también incrementará la aparición de falsas alarmas (vea el análisis acerca de la teoría de la detección de señales) con los costos asociados correspondientes. El incremento de la prominencia de la señal ayuda a detectar el desempeño (es decir, hace que la señal sea más brillante, grande o que tenga un mayor contraste mediante iluminación especial). Puede ser de gran utilidad el uso de cubiertas que actúan como patrones especiales que se utilizan para mejorar las diferencias entre la parte defectuosa y el resto del objeto. Por último, la selección de inspectores 231 232 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo Figura 7.8 Disminución de la vigilancia a medida que transcurre el tiempo. (De: Giambra y Quilter, 1987. Reimpreso con permiso de Human Factors, vol. 29, núm. 6, 1987. Copyright 1987 por la Sociedad de Factores Humanos y Ergonomía. Todos los derechos reservados.) Probabilidad de éxito 1.000 0.875 0.750 0.625 0.500 0 8 16 24 32 40 48 56 Tiempo invertido en la tarea (min) 64 Alto Desempeño Figura 7.9 Ley de Yerkes-Dodson que muestra la relación en U invertida entre el desempeño y el nivel de alerta. Bajo Bajo Óptimo Alto Alerta con un mayor tiempo de ijación de la vista y mejor visión periférica también ayuda a que la inspección sea mejor (Drury, 1982). Para ayudar al ingeniero industrial a evaluar y rediseñar las tareas cognitivas, los detalles que se mencionaron acerca del sistema de procesamiento de información del ser humano se resumen en la Lista de veriicación de la evaluación del trabajo cognitivo (vea la igura 7.10). 7.3 CODIFICACIÓN DE LA INFORMACIÓN: PRINCIPIOS GENERALES DE DISEÑO Como se mencionó en la introducción al capítulo 4, una gran cantidad de funciones u operaciones, si no es que la mayoría, las llevan a cabo máquinas debido a consideraciones de mayor fuerza, precisión y repetitividad. Sin embargo, para garantizar que estas máquinas trabajen de manera satisfactoria, esto es, que cubran las especiicaciones que se desean, siempre será necesaria la intervención del ser humano para que las supervise. El operador encargado de dicha función recibe una gran variedad de información (por ejemplo, la presión, la velocidad, la temperatura, etc.) la cual tiene que ser presentada de una manera o forma que pueda ser fácilmente interpretada y que tenga pocas probabilidades de ser errónea. Por lo tanto, existe una gran cantidad de principios de diseño que ayudan al ingeniero industrial a proporcionar al operador la información apropiada. 7.3 233 Codificación de la información: principios generales de diseño Consideraciones relacionadas con la percepción 1. ¿Se encuentran las señales en buenas condiciones? 2. ¿Se utilizan cubiertas, patrones especiales o luz rasante para mejorar los defectos? 3. ¿Se utiliza el procesamiento de arriba hacia abajo y de abajo hacia arriba de forma simultánea? a) ¿Se utilizan los conceptos de alto nivel para procesar características de bajo nivel? b) ¿Se utiliza información basada en datos para identificar características sensoriales? 4. ¿Se utiliza un mejor entrenamiento para incrementar la sensibilidad de la detección de señales? 5. ¿Se utilizan los incentivos para modificar el sesgo de la respuesta e incrementar los éxitos? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Consideraciones relacionadas con la memoria 1. ¿Está limitada la carga de la memoria de corto plazo a 7± 2 caracteres? 2. ¿Se utiliza la fragmentación para reducir la carga de la memoria? 3. ¿Se utiliza el ensayo para mejorar el recuerdo? 4. ¿Están separados los números de las letras en listas o fragmentos? 5. ¿Se separan los caracteres que suenan de forma similar? 6. ¿Se utilizan reglas nemotécnicas y asociaciones para mejorar la memoria de largo plazo? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Decisión y selección de la respuesta 1. ¿Se ha analizado un número suficiente de hipótesis? 2. ¿Se utiliza un número suficiente de claves? 3. ¿Se le da la misma ponderación a las claves precoces o tardías? 4. ¿Se eliminan las claves indeseables? 5. ¿Se utilizan ayudas para la toma de decisiones como soporte del proceso? 6. ¿Se evalúa un número suficiente de respuestas? 7. ¿Se ponderan apropiadamente las pérdidas y ganancias potenciales? 8. ¿Se toman en cuenta las concesiones velocidad-precisión? 9. ¿Son compatibles los estímulos y las respuestas? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Consideraciones relacionadas con los recursos de la atención 1. ¿Existe variedad en la tarea? 2. ¿Se le proporciona al operador retroalimentación acerca de su desempeño? 3. ¿Cuenta el operador con estimulación interna (por ejemplo, cafeína)? 4. ¿Cuenta el operador con estimulación externa (por ejemplo, música, incentivos)? 5. ¿Se proporcionan periodos de descanso? Sí ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ No ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ Figura 7.10 Lista de verificación de la evaluación del trabajo cognitivo. TIPO DE INFORMACIÓN A PRESENTAR La información que a presentarse puede ser estática o dinámica, dependiendo de si cambia o no con el paso del tiempo. El primer caso incluye cualquier texto impreso (aun el que aparece en la pantalla de la computadora), gráicas, tablas, etiquetas o diagramas que no cambian. El segundo caso incluye cualquier información que tenga que ser actualizada de manera continua como la presión, la velocidad, la temperatura o las luces de estado. Cualquiera de estas dos categorías puede clasiicarse también como ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ Cuantitativa: presenta valores numéricos especíicos (por ejemplo, 50 °F, 60 rpm). Cualitativa: indica valores o tendencias generales (por ejemplo, arriba, abajo, caliente, frío). Estado: releja una condición de entre un número limitado de éstas (por ejemplo, encendido/ apagado, alto/precaución/adelante). Advertencias: indican emergencias o condiciones inseguras (por ejemplo, una alarma contra fuego). Alfanuméricas: usan letras o números (por ejemplo, signos, letreros). Representativa: uso de dibujos, símbolos y colores para codiicar la información (por ejemplo, “cesto de basura” en el caso de los archivos eliminados). En fase: uso de señales pulsadas, las cuales varían en duración e intervalos entre señales (por ejemplo, el código Morse o las luces intermitentes). 234 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo Observe que una pantalla de información puede incorporar varios tipos de información de manera simultánea. Por ejemplo, una señal de paro es una advertencia estática que utiliza letras alfanuméricas, una forma octagonal y el color rojo como una representación de la información. MODALIDAD DE PANTALLA Como el ser humano tiene cinco sentidos diferentes (vista, oído, tacto, gusto y olfato), puede haber cinco modalidades diferentes de despliegue de información que pueda reconocer el operador. Sin embargo, puesto que la vista y el oído son, en gran medida, los sentidos más desarrollados y los que más se utilizan para recibir información, por lo general la elección generalmente se limita a estos dos. La selección de cuál de los dos utilizar depende de una gran variedad de factores, cada uno de los cuales posee ciertas ventajas así como desventajas. En la tabla 7.1 se muestran las comparaciones correspondientes a detalle, las cuales pueden ser de ayuda cuando el ingeniero industrial debe seleccionar la modalidad apropiada para las circunstancias dadas. La estimulación del tacto o táctil es de gran utilidad principalmente para diseñar controles, los cuales se analizan más a fondo en la sección 5.3. El gusto se utiliza en una variedad de circunstancias muy limitada, una de las cuales sirve para determinar cuándo una medicina está en “mal estado” y evitar que los niños la consuman accidentalmente. De forma similar, los olores son utilizados en el sistema de ventilación de las minas con el in de avisar a los mineros acerca de emergencias o en los sistemas de gas natural con el in de avisar al propietario de una casa sobre la existencia de fugas en su estufa. SELECCIÓN DE LAS DIMENSIONES APROPIADAS La información puede codiicarse en una gran variedad de dimensiones. Es necesario seleccionar una dimensión apropiada para las condiciones dadas. Por ejemplo, si se van a utilizar lámparas, se puede seleccionar el brillo, color y frecuencia de pulsado como las dimensiones con las cuales codiicar la información. De manera similar, si se va a utilizar sonido, se pueden seleccionar dimensiones como la intensidad sonora, el tono y la modulación. LIMITACIONES DE LOS JUICIOS ABSOLUTOS La tarea consistente en diferenciar entre dos estímulos a lo largo de una dimensión particular depende ya sea de un juicio relativo, si se puede hacer una comparación directa de los dos estímulos, o de un juicio absoluto, en caso de que ello no sea posible. En el último caso, el operador debe utilizar la memoria de trabajo para retener un estímulo y hacer la comparación. Como ya se analizó, de acuerdo con la regla de Miller, la capacidad de la memoria de trabajo está limitada a alrededor de 7 ± 2 caracteres. Por lo tanto, una persona puede identiicar, en el mejor de los casos, de cinco a nueve caracteres con base en un juicio absoluto. La investigación ha demostrado que esto es válido para una gran cantidad de dimensiones: cinco niveles de tonos puros, cinco niveles de volumen, siete niveles de tamaño del objeto, cinco niveles de brillantez y hasta una docena de colores. Por otro lado, las personas pueden identiicar hasta 300 000 colores diferentes con base en el uso de relaciones cuando los han comparado dos a la vez. Si se utilizan múltiples dimensiones (por ejemplo, la brillantez y el Tabla 7.1 Cuándo utilizar las formas de presentación visuales y auditivas Utilice formas visuales si: Utilice formas auditivas si: El mensaje es largo y complejo El mensaje trata de referencias espaciales Cuando sea necesario hacer referencia al mensaje un determinado tiempo después No es necesaria una acción inmediata La audición es difícil (ruido) o muy molesta El operador está en una sola ubicación El mensaje es breve y sencillo El mensaje es acerca de eventos tem porales El mensaje es transitorio Es necesaria una acción de inmediato La visión es difícil o molesta El operador se mueve constantemente Adaptada de Deatherage, 1972. 7.3 Codificación de la información: principios generales de diseño 235 Diferencia apenas notable (onzas) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 10 20 Peso estándar (onzas) 30 Figura 7.11 Ley de Weber que muestra la relación entre la diferencia apenas notable y el nivel del estímulo, el cual, en este ejemplo, es el peso estándar. color), el rango puede incrementarse hasta cierto punto, pero menor al que se esperaría de la combinación (producto directo) de las dos dimensiones de código (Sanders y McCormick, 1993). DISCERNIMIENTO INCREMENTAL DE LOS CÓDIGOS Cuando se selecciona un esquema de codiicación, se debe considerar que respecto al juicio relativo, es evidente que debe haber alguna diferencia mínima entre los dos códigos o estímulos antes de que se puedan identiicar como diferentes. Se ha demostrado que dicha diferencia, a la que se le llama diferencia apenas identiicable (JND), varía en función del nivel del estímulo. Por ejemplo (vea la igura 7.11), si a un individuo se le da un peso de 10 onzas (0.283 kg), el JND es de aproximadamente 0.2 onzas (0.056 kg). Si el peso se incrementa a 20 onzas (0.566 kg), el JND aumenta a 0.4 onzas (0.113 kg), y así sucesivamente. Esta relación, a la que se le conoce como ley de Weber, puede expresarse como k ⫽ JND>S donde: k = fracción o pendiente de Weber S = estímulo estándar La aplicación de esta ley es muy evidente en un ambiente industrial. Considere una fuente luminosa con un bulbo de tres vías (100-200-300 W). Un cambio de la brillantez de 100 a 200 W es muy notorio, mientras que el cambio de 200 a 300 W lo es mucho menos. Por lo tanto, para que un cambio en la señal de alta intensidad sea notorio, dicho cambio debe ser signiicativamente grande. A pesar de que la ley de Weber se formuló para umbrales relativos, Fechner (1860) la extendió con el in de desarrollar escalas psicológicas para medir un amplio rango de experiencias sensoriales con el in de establecer los fundamentos de la ciencia de la psicofísica. COMPATIBILIDAD DE LOS ESQUEMAS DE CODIFICACIÓN La compatibilidad se reiere a la relación de los estímulos y las respuestas que son consistentes con las expectativas humanas y que resultan en una reducción de errores y un tiempo de respuesta más rápido. Lo anterior puede presentarse en varios niveles: conceptual, movimiento, especial y modalidad. La compatibilidad conceptual se reiere al grado de signiicado que tienen los códigos para los individuos que los usan. El rojo es un código casi universal para representar peligro o una señal de alto. De manera similar, el realismo pictórico es muy útil. Por ejemplo, un símbolo que contenga a una mujer y se encuentre colocado sobre una puerta indica el baño de las mujeres. La compatibilidad de movimientos, que alude a la relación entre el movimiento de controles y pantallas, se analiza en 236 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo A B C D A Figura 7.12 Compatibilidad espacial de los controles y los quemadores ubicados en la cubierta de una estufa. B C D la sección 5.3 más a fondo. La compatibilidad espacial se reiere al arreglo físico de los controles y pantallas. El ejemplo clásico (vea la igura 7.12) es el arreglo óptimo de los botones que controlan los quemadores de una estufa de Chapanis y Lindenbaum (1959). La compatibilidad de modalidad alude al uso de la misma modalidad del estímulo tanto para la señal como para la respuesta. Por ejemplo, las tareas verbales (respuestas a los comandos verbales) se llevan a cabo mejor con señales auditivas y respuestas verbales. Las tareas espaciales (el movimiento de un cursor al objetivo) se efectúan mejor con una pantalla visual y una respuesta manual. REDUNDANCIA EN SITUACIONES CRÍTICAS Cuando se combinan varias dimensiones de manera redundante, es más probable que el estímulo o código interprete correctamente y se cometa un menor número de errores. El signo de paro es un buen ejemplo de tres códigos redundantes: la palabra alto, el color rojo universal y la forma octagonal única (entre las luces del tránsito). Observe que todas estas dimensiones se encuentran en la modalidad visual. El uso de dos diferentes modalidades mejora la respuesta en comparación con dos dimensiones diferentes dentro de una modalidad. Por lo tanto, en la evacuación de emergencia de una planta en caso de incendio, será más eicaz el uso de señales auditivas (una sirena) y señales visuales (luces rojas intermitentes) de manera simultánea que cualquiera de las modalidades por separado. A cambio se pierde, como se comentó anteriormente en este capítulo, es una reducción del número de códigos potenciales disponibles y de la cantidad de información que debe presentarse. MANTENER LA CONSISTENCIA Cuando los sistemas de códigos han sido desarrollados por diferentes personas en situaciones disímiles, es importante conservar la consistencia. De otra forma, especialmente en condiciones de estrés, es probable que los operadores respondan de manera instintiva según los hábitos previos y ocurran errores. Por lo tanto, a medida que se adicionan nuevas advertencias a una fábrica que ya tenga implantado un sistema preventivo, es importante que el sistema de codiicación duplique el sistema existente cuando se transmite la misma información, a pesar de que el viejo sistema no haya contado con el diseño óptimo en primer lugar. Por ejemplo, el color amarillo, el cual típicamente signiica que una persona debe proceder con cautela, debe tener el mismo signiicado en todas las pantallas. 7.4 PANTALLAS CON INFORMACIÓN VISUAL: PRINCIPIOS ESPECÍFICOS DE DISEÑO DISEÑO DEL PUNTERO EN MOVIMIENTO, DE ESCALA FIJA Existen dos alternativas principales para diseñar pantallas analógicas: una escala ija como un puntero en movimiento y una escala móvil con puntero ijo (vea la igura 7.13). El primero representa el diseño preferido debido a que se conservan los principios de compatibilidad más importantes: los valores más grandes en la escala van de izquierda a derecha y un movimiento en el sentido de las ma- 7.4 Pantallas con información visual: principios específicos de diseño necillas de reloj (de izquierda a derecha) del puntero indica valores mayores. En el caso de la escala móvil con puntero ijo, siempre será violado uno de estos dos principios de compatibilidad. Observe que la pantalla en sí misma puede ser circular, semicircular, una barra vertical, una barra horizontal o una ventana abierta. La única situación en la que el diseño de la escala móvil y de puntero ijo representan una ventaja es en el caso de escalas muy grandes, las cuales no se pueden mostrar en su totalidad en una pantalla de escala ija. En ese caso, una pantalla de ventana abierta puede dar lugar a una escala muy grande en la parte trasera de la pantalla que muestre sólo las partes importantes. Observe que el diseño de la escala ija y el puntero móvil puede desplegar de una manera muy adecuada la información cuantitativa así como las tendencias generales de las lecturas. Asimismo, las mismas pantallas pueden generarse mediante gráicas en computadoras o medios electrónicos sin que sea necesario utilizar escalas mecánicas convencionales. PANTALLAS DIGITALES DE PRECISIÓN Cuando se requiere de valores numéricos precisos y los valores permanecen relativamente estáticos (al menos el tiempo suiciente para que se puedan leer), deberá utilizarse una pantalla o contador digital (vea la igura 7.13). Sin embargo, una vez que la pantalla cambia rápidamente, se hace difícil emplear contadores. Asimismo, estos aparatos no son ideales para identiicar tendencias. Por lo tanto, los contadores digitales nunca se usaron de manera exitosa como una característica de “alta tecnología” en los velocímetros de los automóviles. La comparación detallada de la tabla 7.2 muestra las ventajas y desventajas del uso del apuntador móvil, de las escalas móviles y de los contadores. CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DE LAS PANTALLAS La igura 7.14 muestra algunas de las características básicas que se deben observar para diseñar un marcador. El rango de la escala se muestra claramente en orden progresivo numérico con los marcadores principales numerados con 0, 10, 20, y así sucesivamente, mientras que los marcadores menores se encuentran en cada unidad. Un marcador intermedio con lo números 5, 15, 25 y así sucesivamente, permite identiicar mejor las lecturas. Una progresión cada 5 unidades no es tan buena, pero todavía es satisfactoria. El apuntador cuenta con una punta que apenas llega, pero no se superpone con los valores de la escala más pequeña. Además, el apuntador debe estar en una posición muy cercana a la supericie de la escala con el in de evitar el paralaje y la obtención de lecturas erróneas. PATRONES DE UN TABLERO CON MARCADORES Generalmente, los tableros con marcadores se utilizan para indicar el estado de una serie de líneas de presión o válvulas, como es el caso del cuarto de control de una planta de energía eléctrica. En estas situaciones, el operador es básicamente un supervisor que realiza lecturas de veriicación para asegurarse de que las lecturas (y el estado del sistema) sean normales. Aunque los marcadores reales son cuantitativos, básicamente el operador debe determinar si alguno de los marcadores indica una condición fuera del rango normal. Por lo tanto, el aspecto clave del diseño es alinear todos los estados normales y todos los apuntadores del marcador en la misma dirección, de tal manera que cualquier cambio o desviación de la lectura sobresalga respecto a los demás. Este patrón es acentuado si existen líneas extendidas entre marcadores (vea la igura 7.15). MINIMIZACIÓN DE LA CARGA DE INFORMACIÓN DEL OPERADOR Los errores humanos que se cometen en la lectura de la información de una pantalla aumentan a medida que la cantidad de información por unidad de área aumenta. Siempre tome en cuenta la regla de Miller a la hora de limitar la cantidad de información que deba presentar. La codiicación apropiada de la información mejora la facilidad de lectura de las pantallas y reduce el número de errores. En general, el color, los símbolos o iguras geométricas y los caracteres alfanuméricos representan los mejores métodos de codiicación pues requieren de un espacio reducido y permiten identiicar con facilidad la información. 237 Diseño del trabajo cognitivo 80 20 70 30 Aumento 40 60 Disminución 50 40 10 Disminución 60 30 Aumento 20 80 10 0 –30 10 70 0 80 Aumento Positivo Disminución Aumento +10 5 4 6 3 7 +20 8 2 9 1 10 0 +30 –20 60 100 a) Escalas circulares 0 50 20 90 50 Disminución Negativo –10 30 70 40 50 40 30 20 10 0 Aumento Escala fija, puntero móvil 0 90 Disminución CAPÍTULO 7 40 50 60 70 Disminución Aumento +40 –40 –50 +50 b) Escala circular con valores positivos y negativos c) Escala semicircular o curveada d) Escala vertical e) Escala horizontal Escala móvil, puntero fijo Disminución 30 20 80 9 0 1 0 10 f) Escala circular 65 7 0 60 70 65 60 4 5 6 50 40 30 Aumento 40 Disminución 50 Aumento 60 7 0 50 Disminución Aumento 00 238 7 g) Escala de ventana abierta h) Escala vertical i) Escala horizontal Pantalla digital j) Pantalla 2 7 9 4 3 digital Pantalla electrónica ok Hot k) Circular Figura 7.13 Cold 0 10 20 30 40 50 0 10 20 30 40 50 l) Horizontal m) Digital Tipos de pantallas que se utilizan para desplegar información cuantitativa. 7.4 Tabla 7.2 239 Pantallas con información visual: principios específicos de diseño Comparación entre apuntadores, escalas y contadores Servicio prestado Indicador Lectura cuantitativa Lectura cualitativa Configuración Rastreo Apuntador móvil . . . . Suficiente Buena (los cambios se detectan fácilmente) Buena (relación muy discernible entre el control de configuración y el apuntador) Buena (la posición del apuntador se controla y supervisa fácilmente) Escala móvil . . . . . . . Suficiente Deficiente (puede ser difícil identificar la dirección y la magnitud) Suficiente (puede ser complicado identificar la relación entre la configuración y el movimiento) Suficiente (puede tener una relación ambigua con el movimiento manual-control) Contador . . . . . . . . . . Buena (mínimo tiempo de lectura y resultados con un mínimo de error) Deficiente (el cambio de posición puede no indicar un cambio cualitativo) Buena (representa un buen método para supervisar la configuración numérica) Deficiente (no se supervisa fácilmente) 50 60 40 70 30 20 80 libras 10 100 0 Intervalo de graduación (1 lb) 90 Unidad de la escala (cercana a 1 libra) Rango de la escala (0-100 lb) Intervalo numerado (10 lb) Figura 7.14 Características básicas del diseño de un marcador. Figura 7.15 Tablero con marcadores diseñado para verificar lecturas. 240 Tabla 7.3 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo Codificación recomendada de las lámparas indicadoras Color Diámetro Estado Rojo Amarillo Verde Blanco 12.5 mm . . . . . . . . . . . . . Estable Falla; Parar la acción; Fallando Retraso; Inspeccionar Circuito energizado; Funcional; En Proceda: Listo; En posición; Normal producción (encendido) 25 mm o más grande . . . . Estable Sistema o subsistema en una acción de paro Precaución Sistema o subsistema en el estado proceder 25 mm o más grande . . . . Intermitente Condición de emergencia LÁMPARAS INDICADORAS PARA ATRAER LA ATENCIÓN DEL OPERADOR Las lámparas indicadoras o de advertencia son especialmente idóneas para atraer la atención en situaciones de peligro potencial. En el momento de usarse se deben tener en cuenta varios requisitos básicos. Estas lámparas deben indicarle al operador qué está mal y qué acciones se deben tomar. En condiciones de un fondo inadecuado con pobres contrastes, una luz roja (típicamente una situación muy seria), una verde y una amarilla (la condición menos peligrosa) tienen ciertas ventajas respecto a la luz blanca. En términos de tamaño e intensidad, una buena regla consiste en diseñarlas con el doble de tamaño (al menos 1 grado de arco visual) y brillantez respecto a los demás indicadores del tablero y colocarlas no más de 30 grados alejadas de la línea de vista del operador. Una luz intermitente que se prenda y apague a una velocidad de 1 a 10 veces por segundo atraerá especialmente la atención. Inmediatamente después de que el operador atienda el problema, debe detenerse la intermitencia, pero la luz debe permanecer encendida hasta que se le haya dado remedio por completo a la condición que provocó la falla. En la tabla 7.3 se proporcionan más detalles acerca de la codiicación de las lámparas indicadoras. CARACTERES ALFANUMÉRICOS DEL TAMAÑO APROPIADO PARA LAS ETIQUETAS Para usar la codiicación alfanumérica más eiciente utilice los niveles de iluminación recomendados (vea la sección 6.1) y considere la siguiente información relacionada con la altura de la letra, el espacio entre ellas, la relación entre al ancho y la altura de las letras. Con base en una distancia de visión de 20 pulgadas (51 cm), la altura de la letra o número deberá ser de al menos 0.13 pulgadas (0.325 cm) y el ancho de al menos 0.02 pulgadas (0.055 cm), para obtener una relación ancho-altura de 1:6. Estas medidas generan un ángulo visual preferido de 22 minutos de arco, como lo recomienda el ANSI/HFS 100 (1988), o un tamaño de punto de 10, como el de los periódicos (un punto es igual a 1/72 de pulgada o 0.035 mm). En el caso de distancias diferentes a 20 pulgadas (51 cm), el valor puede escalarse de tal forma que obtengamos un ángulo visual comparable (por ejemplo, para una distancia de 40 pulgadas, los tamaños deben ser duplicados). Las recomendaciones anteriores se reieren a letras oscuras sobre un fondo blanco, el cual es el formato preferido para leer en áreas bien iluminadas (por ejemplo, típicas áreas de trabajo con ventanas o bien iluminadas). Las letras blancas sobre un fondo oscuro son más convenientes para áreas oscuras (por ejemplo, en condiciones nocturnas) y son menos anchas (relación 1:8 a 1:10) debido al efecto de dispersión de las letras blancas. La fuente se reiere al estilo de la letra como, por ejemplo, Roman, con los patines especiales en los extremos de los espacios, o Gothic, sin estos patines. En general, una mezcla de letras mayúsculas y minúsculas es mejor en el caso de lectura extensa. Sin embargo, para destacar de manera especial y atraer la atención, como en el caso de las etiquetas, resulta de gran utilidad el uso de letras en negritas o en mayúsculas con una relación ancho-altura de aproximadamente 3:5 (Sanders y McCormick, 1993). 7.5 7.5 Pantalla de información auditiva: principios específicos de diseño PANTALLA DE INFORMACIÓN AUDITIVA: PRINCIPIOS ESPECÍFICOS DE DISEÑO SEÑALES AUDITIVAS COMO ADVERTENCIAS Como ya se analizó, existen características especiales del sistema audible que garantizan el uso de una señal auditiva para denotar advertencias. El tiempo de reacción simple es considerablemente más rápido a las señales auditivas que a las visuales (por ejemplo, considere el disparo que indica el comienzo de las carreras). Una señal auditiva impone demandas mucho más estrictas respecto a la atención del trabajador que una señal visual. Puesto que el oído es omnidireccional y las ondas sonoras penetran barreras (hasta cierto punto, en función de su ancho y de las propiedades del material), las señales auditivas son particularmente útiles si los trabajadores se encuentran en un lugar desconocido y están en movimiento. SEÑALES AUDITIVAS DE DOS ETAPAS En razón de que el sistema auditivo está limitado a mensajes cortos y sencillos, se debe considerar la señal en dos etapas cuando se va a presentar información compleja. La primera etapa debe ser una señal de demanda de atención con el in de alertar al trabajador, mientras que la segunda se utiliza para presentar información más precisa. HABILIDADES Y LIMITACIONES DEL SER HUMANO Puesto que la sensibilidad auditiva del ser humano es mejor alrededor de la frecuencia de 1 000 Hz, utilice señales auditivas con frecuencias en el rango de 500 a 3 000 Hz. Aumentar la intensidad de la señal es útil para dos propósitos. Primero, aumenta la calidad de la demanda de atención a la señal y reduce el tiempo de respuesta. Segundo, tenderá a diferenciar mejor la señal del ruido de fondo. Por otro lado, se debe evitar niveles excesivos (por ejemplo, por arriba de los 100 dB) ya que dichos niveles tenderán a causar una respuesta de sobresalto y quizás hasta la interrupción de la tarea. En la medida de lo posible, es necesario evitar el uso de señales en estado estable con la inalidad de evitar la adaptación a ellas. Por lo tanto, la modulación de la señal (es decir, el encendido y apagado de la misma a intervalos regulares) en el rango de frecuencia de 1 a 3 Hz tenderá a incrementar la calidad de atención-demanda de la señal. FACTORES AMBIENTALES Puesto que las ondas sonoras pueden ser dispersadas o atenuadas por el ambiente de trabajo, es importante tomar en cuenta los factores ambientales. Utilice frecuencias de señal que estén por debajo de los 1 000 Hz cuando sea necesario que las señales tengan que viajar largas distancias (es decir, más de 1 000 pies), debido a que las altas frecuencias tienden a ser absorbidas o dispersadas más fácilmente. Utilice frecuencias por debajo de los 500 Hz cuando las señales tengan que evitar obstáculos o pasar a través de tabiques. A medida que la frecuencia de la señal sea menor, las ondas sonoras se parecerán más a las vibraciones de los objetos sólidos, y por ende, la absorción será menor. SEPARACIÓN DE LA SEÑAL DEL RUIDO Las señales auditivas deben estar lo más separadas posible de otros sonidos, ya sean señales auditivas útiles o ruido innecesario. Esto signiica que la señal deseada debe ser lo más diferente posible de las demás señales en términos de frecuencia, intensidad y modulación. De ser posible, las advertencias deben colocarse en un canal de comunicación independiente con el in de incrementar el sentido de disociabilidad y aumentar las cualidades de la demanda de atención a la advertencia. Los principios anteriores del diseño de pantallas tanto auditivas como visuales se resumen en la igura 7.16 como una lista de veriicación de evaluación. Si el equipo cuenta con marcadores u otras pantallas que no estén de acuerdo con estos lineamientos de diseño, existe la posibilidad de que el operador cometa un error y se produzca una pérdida potencial. De ser posible, dichos problemas deben corregirse o se deben reemplazar las pantallas. 241 242 CAPÍTULO 7 7.6 Diseño del trabajo cognitivo INTERACCIÓN HOMBRE-COMPUTADORA: CONSIDERACIONES DE HARDWARE TECLADOS El teclado estándar de las computadoras que se utilizan en la actualidad se basa en un arreglo de teclas patentado por C. L. Sholes en 1878. Se conoce con el nombre de teclado QWERTY, debido a la secuencia de las seis primeras teclas de la tercera ila, y se distingue por el hecho de asignar algunas de las letras más comunes del idioma inglés a los dedos más débiles. Una posible explicación es que las teclas que más comúnmente se utilizan estuvieran separadas entre sí de tal manera que no se obstaculizaran cuando se activaran secuencialmente a gran velocidad. También se han desarrollado otras disposiciones alternas con fundamento cientíico, las cuales asignan letras de manera más proporcionada. Una de las más notables es el teclado Dvorak 1936. Sin embargo, estudios cientíicos han demostrado que la disposición de Dvorak es sólo 5% más eiciente que la de Sholes, porcentaje que probablemente no representa una mejora suiciente como para que se justiique el cambio y entrenamiento de los operadores. En circunstancias especiales, como la estenomecanografía y la clasiicación de correos, sería más apropiado utilizar un teclado de cuerdas. Mientras que en un teclado estándar los caracteres individuales se teclean en secuencia, un teclado de cuerdas requiere de la activación simultánea de dos o más teclas. El compromiso básico es que con dicha activación se necesita un menor número de teclas y puede teclearse considerablemente más (de 50 a 100%) información. También cuenta con la ventaja de su pequeño tamaño y que se opera con una sola mano, lo que permite que la otra mano realice otras tareas. Sin embargo, para uso general, el teclado estándar es más que suiciente sin que sea necesario un entrenamiento especializado adicional. Muchos teclados tienen un teclado numérico independiente. Estudios anteriores sobre teléfonos revelaron que los usuarios preferían que los caracteres numéricos aumentaran de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, lo cual dio como resultado el diseño de la coniguración estándar del teclado telefónico. Una coniguración alterna fue desarrollada para las calculadoras, en la cual los números aumentan de abajo hacia arriba. Gran parte de la investigación que se ha realizado hasta el momento demuestra que la coniguración del teclado del teléfono es similar pero signiicativamente más rápida y precisa que la que presentan las calculadoras. A pesar de ello, la diferencia no fue lo suicientemente grande para que el estándar ANSI/HFS 100 (Human Factors Society, 1988) favoreciera a uno sobre el otro, lo cual resultó quizás en la peor situación en cuanto a desempeño, debido a que, en la actualidad, el operador tiene que alternar ambas coniguraciones en un ambiente de oicina (por ejemplo, un teléfono junto a un teclado de computadora). En cualquier aparato, la teclas deben ser relativamente grandes, contar con una distancia de centro a centro de 0.71 o 0.75 pulgadas (18 a 19 mm) horizontalmente y 0.71 a 0.82 pulgadas (18 a 21 mm) verticalmente. Las teclas pequeñas, las cuales son cada vez más comunes a medida que las PC reducen su tamaño, representan una desventaja para los personas con dedos largos, pues cometen más errores y su velocidad se reduce. Las teclas tienen un desplazamiento ideal de entre 0.08 y 0.16 pulgadas (2.0 y 4.0 mm) y la fuerza que se le imprime sobre ellas no debe ser mayor a 0.33 libras (1.5 N). La activación de una tecla debe estar acompañada de una retroalimentación auditiva o táctil. Tradicionalmente, se ha apoyado la idea que tengan una ligera pendiente hacia arriba (de 0 a 15°). Sin embargo, investigaciones más recientes han demostrado que una ligera pendiente hacia abajo de –10° puede en realidad proporcionar una postura de las muñecas más neutral y favorable. Asimismo, los teclados independientes han demostrado tener capacidad para reducir la desviación del cúbito que normalmente se presenta con el uso de los teclados convencionales de una sola pieza. Como se mencionó en el capítulo 5, los descansa-brazos proporcionan un soporte para el hombro/brazo y reducen la actividad muscular de los hombros. Estos accesorios se recomiendan en lugar del uso de los descansa-muñecas, que son más comunes pero pueden incrementar la presión en el túnel carpiano y la incomodidad del operador. DISPOSITIVOS APUNTADORES El dispositivo principal para ingresar datos a la computadora es el teclado. Sin embargo, debido a la creciente omnipresencia de las interfaces gráicas para el usuario y en función de la tarea que se 7.6 243 Interacción hombre-computadora: consideraciones de hardware Principios generales 1. ¿Está limitado el número de juicios absolutos a 7± 2 artículos? Sí ❑ No ❑ 2. ¿La diferencia entre los niveles de codificación está muy por arriba del JND? ❑ ❑ 3. ¿Es compatible el esquema de codificación con las expectativas humanas? ❑ ❑ 4. ¿Es el esquema de codificación consistente con los esquemas existentes? ❑ ❑ 5. ¿Se utiliza la redundancia en situaciones críticas? ❑ ❑ Pantallas visuales 1. ¿Es el mensaje complejo y extenso? ❑ ❑ 2. ¿El mensaje trata acerca de información espacial? ❑ ❑ 3. ¿Es necesario referirse al mensaje posteriormente? ❑ ❑ 4. ¿Existe ruido y es molesto? ❑ ❑ 5. ¿Se encuentra el operador en estado estacionario? ❑ ❑ 6. Para propósitos generales y de tendencias, ¿se utiliza la pantalla con puntero móvil y escala fija? ❑ ❑ ❑ a) ¿Los valores de la escala aumentan de izquierda a derecha? ❑ b) ¿El movimiento en el sentido de las manecillas del reloj indica valores mayores? ❑ ❑ c) ¿Existe una progresión numérica ordenada con los marcadores principales en 0, 10, 20, etcétera? ❑ ❑ d) ¿Hay marcadores intermedios en 5, 15, 25, etc., y marcadores menores en cada unidad? ❑ ❑ e) ¿Cuenta el apuntador con una punta que apenas llegue a los marcadores más pequeños de la escala? ❑ ❑ f ) ¿Está el marcador cercano a la superficie de la escala con el fin de evitar el paralaje? ❑ ❑ 7. En la escala mayor, ¿se utiliza una pantalla de ventana abierta? ❑ ❑ 8. Para las lecturas de precisión, ¿se utiliza un contador digital? ❑ ❑ 9. Para la lectura de verificación de un tablero de marcadores, ¿están los punteros alineados y se utiliza un patrón? ❑ ❑ 10. Para efectos de atención, ¿se utilizan lámparas indicadoras? a) ¿Las lámparas entran en estado intermitente (1 vez cada décimo de segundo) con el fin de atraer la atención? ❑ ❑ ❑ ❑ b) ¿Son las lámparas grandes (1 grado de arco visual) y brillantes? ❑ ❑ c) ¿La lámpara permanece encendida hasta que se ha resuelto el problema? ❑ ❑ 11. ¿Son del tamaño correcto los caracteres alfanuméricos? ❑ ❑ a) ¿Tiene al menos un tamaño de 10 puntos a una distancia de 20 pulgadas (22 minutos de arco visual)? b) En un área bien iluminada, ¿están las letras escritas en colores oscuros sobre un fondo claro? ¿Tienen una relación ancho-altura de aproximadamente 1:6? c) En un área oscura, ¿están las letras escritas en blanco sobre un fondo oscuro? ¿Tienen una relación ancho-altura de aproximadamente 1:8 para su uso nocturno? ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ ❑ d) ¿Se utilizan letras en mayúsculas y minúsculas? ❑ ❑ e) Para destacar de manera especial, ¿se utilizan mayúsculas o negritas? ❑ ❑ Pantallas con mensajes auditivos 1. ¿Es el mensaje breve y sencillo? ❑ ❑ 2. ¿El mensaje trata de eventos en el tiempo? ❑ ❑ 3. ¿Es el mensaje una advertencia o requiere de una acción inmediata? ❑ ❑ 4. ¿Es la visión difícil o molesta? ❑ ❑ 5. ¿El operador se mueve constantemente de lugar? ❑ ❑ 6. ¿Se utiliza una señal de dos etapas? ❑ ❑ 7. ¿Se encuentra la frecuencia de la señal en el rango de 500 a 3 000 Hz con el fin de obtener la mejor sensibilidad auditiva? ❑ ❑ 8. ¿Está el nivel sonoro de la señal muy por encima del ruido de fondo? ❑ ❑ 9. ¿La señal es modulada (1 a 3 Hz) con el fin de llamar la atención? ❑ ❑ 10. Si la señal viaja a lo largo de una distancia de 1 000 pies o esquiva obstáculos, ¿ la frecuencia está por debajo de los 500 Hz? ❑ ❑ 11. En el caso de una advertencia, ¿se utiliza un canal de comunicaciones independiente? ❑ ❑ Figura 7.16 Lista de verificación del diseño de pantallas. 244 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo desempeña, en realidad el operador puede pasar menos de la mitad del tiempo utilizando el teclado. Especialmente en sistemas de ventanas basadas en menús, es necesario contar con algún tipo de posicionamiento del cursor o dispositivo apuntador que trabaje mejor que las teclas del cursor del teclado. Se ha desarrollado y probado una amplia variedad de dispositivos. La pantalla sensible al tacto utiliza ya sea una cubierta sensible al tacto sobre la pantalla o sensa la interrupción de un rayo infrarrojo que pasa sobre toda la pantalla a medida que el dedo se aproxima a ésta. Este método es muy natural y el usuario sólo tiene que tocar el objetivo directamente sobre la pantalla. Sin embargo, el dedo puede oscurecer el objetivo y, a pesar de que los objetivos que se requieren deben ser de gran tamaño, la precisión puede ser muy pobre. La pluma luminosa consiste en un aguja conectada a la computadora mediante un cable eléctrico que sensa el rayo electrónico explorador en una sección de la pantalla en particular. El usuario tiene una respuesta natural similar que en el caso de la pantalla táctil, pero goza de mayor precisión. Una tableta digitalizadora consiste en una placa plana que se coloca sobre la cubierta del escritorio y que se conecta a la computadora. El movimiento de una aguja es sensado en la posición apropiada sobre la placa, el cual puede ser absoluto (es decir, la placa es una representación de la pantalla) o relativo (es decir, sólo se muestra el movimiento directo a través de la tableta). La tableta digitalizadota tiene complicaciones adicionales como son su tamaño contra las concesiones en cuanto a precisión y cocientes control-respuesta. Asimismo, el usuario necesita volver la vista hacia la pantalla con el in de recibir retroalimentación. Tanto las palancas de deslazamiento como las de fuerza (actualmente llamadas palancas de rastreo o puntos de rastreo) pueden utilizarse para controlar el cursor y cuentan con un gran respaldo en investigación acerca de los tipos de sistemas de control, tipos de pantallas, cocientes control-respuesta y desempeño del rastreo. El ratón es un dispositivo portátil con una esfera rodante en su base que sirve para controlar la posición y uno o más botones para otras entradas. Es un dispositivo apuntador relativo y para su operación requiere de espacio cerca del teclado. La esfera de rastreo, un ratón volteado de cabeza sin la base de éste, representa una buena alternativa para utilizarlo en supericies de trabajo que cuenten con espacio limitado. En épocas recientes, se ha hecho muy popular, especialmente en las PC tipo notebook, el uso de las bases táctiles, una forma de tabletas digitalizadoras que están integradas al tablero. Un gran número de estudios enfocados en comparar estos dispositivos apuntadores muestran compromisos evidentes en cuanto a velocidad-precisión, es decir, los dispositivos más rápidos (pantallas táctiles y las plumas luminosas) son los más imprecisos. Las teclas del cursor del teclado eran muy lentas y probablemente su desempeño no era aceptable. Las bases sensibles al tacto eran un poco más rápidas que las palancas, pero eran las menos preferidas por los usuarios. Por lo general, los ratones y las esferas de rastreo eran igual de buenas en cuanto a velocidad y precisión, razones por las cuales el uso de los ratones es tan común en nuestros días. Sin embargo, hay una tendencia de los usuarios a ejercer una mayor presión sobre el ratón de la necesaria en un factor de 2 a 3 (es decir, usar dos o más veces la fuerza mínima que se requiere), lo cual implica el riesgo potencial de sufrir lesiones graves. El uso de candados para el empuje similar al que se utiliza con las esferas de rastreo puede reducir este riesgo. Para obtener un resumen más detallado de los dispositivos de posicionamiento del cursor, por favor remítase a Greenstein y Arnaut (1988) o Sanders y McCormick (1993). PANTALLAS DE LOS MONITORES El centro de la pantalla del monitor debe colocarse a la misma altura de la línea de vista normal, la cual es aproximadamente de alrededor de 15 grados por debajo de la horizontal. Para una pantalla de 15 pulgadas, a una distancia típica de lectura de 16 pulgadas, las orillas están colocadas ligeramente más allá del cono de ±15 grados del campo visual principal. Ello implica que dentro de este cono óptimo no es necesario realizar movimientos de cabeza y la fatiga de los ojos es mínima. Por lo tanto, la parte superior de la pantalla no debe estar por encima del plano horizontal de los ojos. Sin embargo, puede ser que una distancia de lectura de 16 pulgadas no sea la óptima. La distancia de lectura cómoda está en función no sólo del tamaño de los caracteres desplegados, sino también de la capacidad de la persona de mantener el enfoque y la alineación de los ojos. El foco promedio de descanso (medido en la oscuridad o en ausencia de un estímulo con un optómetro láser) es de alrededor de 24 pulgadas. Ello signiica que el ojo puede estar bajo una gran cantidad de estrés cuando ve caracteres a distancias mayores o menores a 24 pulgadas, debido a que, en ese caso, surgirá una 7.7 Interacción hombre-computadora: consideraciones de software concesión entre el “jale” del estímulo y la tendencia del ojo a regresar hacia la posición de descanso del individuo. Sin embargo, existe una gran variación entre las distancias focales de descanso del individuo. Por lo tanto, los empleados de oicina que trabajan frente a una pantalla de computadora por periodos muy prolongados deben ser examinados para determinar su distancia focal de descanso. Por lo tanto, si no pueden colocar la pantalla del monitor a una distancia adecuada (por ejemplo, distancias excesivamente cortas o largas), pueden acoplar sus ojos con la ayuda de lentes especiales para “ver la computadora” (Harpster et al., 1989). El monitor, de preferencia reclinable, debe colocarse en posición relativamente vertical de tal manera que el ángulo que forme la línea de vista y la línea perpendicular a la supericie de la pantalla sea relativamente pequeño, pero deinitivamente menor a 40 grados. No se debe reclinar la pantalla hacia adelante debido a la elevada probabilidad de desarrollar relexiones de espejo provenientes de la iluminación sobre la cabeza, lo cual provoca la aparición de relejos lo cual reduce la visibilidad. La pantalla debe tener un mínimo parpadeo, una luminancia uniforme y control del relejo, si fuere necesario (iltros polarizantes o de micromalla). Más detalles acerca de los requerimientos de hardware y mobiliario para las estaciones de trabajo con computadora pueden encontrarse en el estándar ANSI/HFS 100 (Human Factors Society, 1988). PC PORTÁTILES y PDA Las PC portátiles, también llamadas laptops o notebooks, son cada vez más populares, constituyeron 34% del mercado de PC de Estados Unidos en 2000. Su principal ventaja respecto a la computadora de escritorio es su reducido tamaño (y peso) y su portabilidad. Sin embargo, aunado a su reducido tamaño, existen también algunas desventajas: algunas de ellas son las teclas y el teclado más pequeños, así como el teclado conectado a la pantalla y la falta de un dispositivo periférico para el posicionamiento del cursor. La falta de un mecanismo de ajuste de la pantalla genera una excesiva lexión del cuello (mucho mayor a los 15 grados recomendados), mayor lexión de los hombros y ángulos de los codos mayores a 90 grados, lo cual ha dado pie a sensación de incomodidad en comparación con el uso de las PC de escritorio. La conexión de un teclado externo y la elevación de la computadora notebook o la adición de un monitor externo ayuda a aliviar esta situación. Se han desarrollado computadoras portátiles más pequeñas, llamadas asistentes personales digitales (PDA), pero son demasiado nuevas como para haber sido evaluadas cientíicamente a detalle. Debido a que son de tamaño “bolsillo”, ofrecen una mayor portabilidad y lexibilidad, pero al elevado costo que representan se le suman más problemas para ingresar datos. Se ha detectado que cuando se ingresa texto a través de la pantalla táctil se reducen la precisión y la velocidad. Es probable que funcionen mejor los métodos alternos de entrada, como la escritura a mano y la voz. 7.7 INTERACCIÓN HOMBRE-COMPUTADORA: CONSIDERACIONES DE SOFTWARE Es muy probable que el típico ingeniero industrial o de métodos no se dedique a desarrollar programas sino a utilizar la gran variedad de software existente en el mercado. Por ello, debe estar al tanto de las características del software actual y de los estándares que permiten la mejor interacción humana con la computadora y minimice el número de errores que se puedan presentar como consecuencia de un diseño inadecuado. El software para el cómputo interactivo más actual utiliza una interfase gráica de usuario (GUI), la cual está identiicada por cuatro elementos principales: ventanas, íconos, menús y apuntadores (a veces a estos cuatro elementos se les llama WIMP). Las ventanas son las áreas de la pantalla que se comportan como si fueran pantallas independientes por sí mismas. Por lo general contienen texto o gráicas y pueden moverse por toda la pantalla y cambiar de tamaño. En una pantalla puede haber más de una ventana a la vez, lo que permite que los usuarios puedan ir y regresar de entre varias tareas o fuentes de información. Potencialmente, y como consecuencia de lo anterior, esta facilidad genera el problema de que las ventanas se superpongan entre sí y no permitan que se observe información vital. Por consiguiente, se debe contar con una política de coniguración respecto a la posibilidad de que las ventanas puedan estar en mosaico, en cascada o desplegadas en toda la pantalla (Picture-in-a-Picture, PIP). Por lo general, las ventanas cuentan con facilidades que incrementan su utilidad —como son las 245 246 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo barras de desplazamiento—, las cuales permiten al usuario mover el contenido de una ventana hacia arriba, abajo, izquierda y derecha. Esta amplia movilidad hace que la ventana se comporte como si fuera una ventana real en un mundo mucho mayor, donde la información puede ponerse a la vista mediante el uso de barras de desplazamiento. Normalmente, en la parte superior de la ventana hay una barra de título, la cual sirve para que el usuario la identiique. Además, es probable que existan cajas especiales en las esquinas de ella, las cuales sirven para cambiar su tamaño o cerrarla. Los íconos son representaciones pequeñas o de tamaño reducido de ventanas u otras entidades dentro de la interfaz. Mediante el uso de ellos, muchas ventanas pueden estar disponibles en la pantalla al mismo tiempo, listas para expandirse a un tamaño útil con sólo hacer clic sobre el ícono con el puntero (típicamente un ratón). El ícono ahorra espacio en la pantalla y sirve como un recordatorio que contiene el diálogo. Otras entidades de gran utilidad que se representan mediante íconos son el cesto de basura para eliminar archivos que ya no sirven, programas, aplicaciones o archivos accesibles al usuario. Los íconos pueden tener formas muy variadas: pueden ser representaciones realistas de los objetos que quieren signiicar o ser altamente estilizados, pero con la referencia apropiada a la entidad (conocida como compatibilidad), de tal manera que los usuarios puedan interpretarlos fácilmente. El apuntador constituye un componente importante de la interfaz WIMP, como la selección de un ícono apropiado requiere de una forma rápida y eiciente para manipularlo directamente. En la actualidad, el ratón es el dispositivo apuntador que más se utiliza a pesar de que las palancas y las esferas de rastreo representan alternativas útiles. La pantalla táctil, en donde el dedo sirve como apuntador, puede representar una alternativa rápida y aun de respaldo/seguridad redundante en situaciones de emergencia. A menudo se utilizan diversas formas de cursor para distinguir los diferentes modos de apuntador, tales como una lecha para el apuntamiento normal, barras en forma de cruz para dibujar líneas y una brocha para pintar formas. Los cursores de apuntamiento son, en esencia, íconos o imágenes y, por lo tanto, deben tener una parte indicadora que represente el lugar activo de apuntamiento. En el caso de la lecha, obviamente la punta es la parte indicadora. Sin embargo, debe evitarse el uso de imágenes graciosas (como por ejemplo, perros y gatos) debido a que no cuentan con una parte indicadora obvia. Los menús representan una lista ordenada de operaciones, servicios o información que se encuentra a disposición del usuario. Esto implica que los nombres que se utilizan para los comandos del menú deberán tener mucho signiicado y ser informativos. El dispositivo de apuntamiento se utiliza para indicar la opción que se desea seleccionar del menú, donde las opciones posibles o razonables están resaltadas, mientras que las opciones no válidas están expresadas de manera tenue. Con frecuencia, la selección requiere de una acción adicional por parte del usuario, generalmente presionar un botón sobre el ratón o tocar la pantalla con el dedo o un apuntador. Cuando el número de artículos posibles del menú aumenta más allá del límite razonable (típicamente de 7 a 10), es necesario que los artículos se agrupen en ventanas independientes en las cuales sólo el título o la etiqueta aparezca en la barra de menús. Cuando se hace clic sobre el título, los artículos aparecen en una ventana aparte conocida como submenú, el cual se despliega hacia abajo. Para facilitar la búsqueda del artículo que se desea, es importante agrupar los artículos de los menús de acuerdo con su funcionalidad o similitud. Dentro de un determinado menú o ventana, los artículos deben estar ordenados de acuerdo con su importancia y frecuencia de uso. Las funciones inversas como, por ejemplo, SAVE y DELETE, deben mantenerse por separado con el in de evitar que se seleccionen de manera accidental. Otras características parecidas a los menús son los botones, ventanas aisladas con pantallas que pueden ser seleccionadas por el usuario para invocar acciones especíicas, barras de herramientas, una colección de botones e íconos y cajas de diálogo que sirven para mostrar información importante como, por ejemplo, posibles errores, problemas y emergencias. Otros principios que se utilizan para diseñar pantallas incluyen simples asuntos de uso: orden, pulcritud, apariencia libre de amontonamientos, la información esperada ubicada de manera consistente donde deba estar de pantalla en pantalla para funciones o información similares. Estudios realizados acerca del rastreo del ojo humano indican que, por lo general, los ojos del usuario se mueven primero hacia el centro izquierdo superior de la pantalla y después, rápidamente, en una dirección correspondiente en el sentido de las manecillas del reloj. Por lo tanto, un punto de partida evidente debe ubicarse en la esquina superior izquierda de la pantalla, lo que hace posible que se siga el patrón de lectura de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo que caracteriza a las culturas occidentales. Preguntas La composición de la pantalla debe ser agradable a la vista en lo que respecta al equilibrio, simetría, regularidad, predecibilidad, proporción y secuencia. Tanto la densidad como el agrupamiento constituyen características importantes. El uso adecuado de las mayúsculas y la mezcla de las fuentes minúsculas y mayúsculas también es importante. Los textos deben ser breves y concisos y contener palabras coloquiales sin muchos términos técnicos. Los términos que implican una acción expresados en un modo positivo son mucho más eicaces que las declaraciones negativas o en lenguaje militar estándar. Resulta apropiado que el color llame la atención, pero debe utilizarse con cautela y limitar su uso a un máximo de ocho colores. Observe que una proporción relativamente elevada de la población sufre de deiciencias en la visión del color. El usuario siempre debe sentir que tiene el control y tener la facilidad para poder salir de pantallas o módulos y deshacer acciones anteriores. Es necesario que exista retroalimentación sobre todas las acciones que tome el usuario y se debe mostrar el avance en los procedimientos largos. Sobre todo, la característica primordial de cualquier pantalla debe ser la simplicidad. A medida que el diseño sea más simple, la respuesta será más expedita. Se puede encontrar más información acerca del diseño de interfaces de software en Mayhew (1992), Galitz (1993) y Dix et al. (1998). Como una ayuda para el comprador o el usuario de software, las facilidades deseadas que se mencionaron se resumen en la Lista de veriicación de las características de las interfaces gráicas de usuario (vea la igura 7.17). RESUMEN En este capítulo se presentó un modelo conceptual del ser humano como un procesador de información junto con las capacidades y limitaciones de dicho sistema. Se proporcionaron detalles especíicos para el diseño adecuado del trabajo cognitivo de tal manera que no se sobrecargue al ser humano respecto a la información que se presenta a través de las pantallas auditivas y visuales, a la información que se almacena en varias memorias y a la que se procesa como parte de la etapa inal de la toma de decisiones y la selección de la respuesta. Asimismo, puesto que la computadora constituye la herramienta asociada con el procesamiento de información, se estudiaron los problemas y detalles de diseño respecto a la estación de trabajo con computadora. Junto con las actividades del trabajo manual, luego de haber estudiado en los capítulos 4, 5 y 6 los aspectos físicos del lugar de trabajo y las herramientas así como el ambiente de trabajo, el elemento cognitivo es el aspecto inal del operador humano en el trabajo y el analista está ya en posición de implantar un nuevo método. PREGUNTAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. ¿Cómo puede cuantiicarse el contenido informacional de una tarea? ¿Qué es la redundancia? Proporcione un buen ejemplo cotidiano de ella. Explique las cinco etapas del modelo de procesamiento de información humano. ¿Cómo actúan las etapas del procesamiento de información para evitar una sobrecarga de información en el operador? ¿Cuáles son las cuatro salidas posibles que se explican mediante la teoría de detección de señales? Proporcione un ejemplo de una tarea a la cual se le puede aplicar la teoría de detección de señales. ¿Qué efecto tendrá un corrimiento del criterio en el desempeño de la tarea? ¿Cuál es el signiicado de la sensibilidad en la teoría de detección de señales? ¿Qué técnicas pueden utilizarse con el in de incrementar la sensibilidad de una tarea de inspección? ¿Qué técnicas pueden utilizarse para mejorar la memoria? ¿Cuáles son algunos de los sesgos que pueden afectar adversamente la toma de decisiones de una persona? ¿Qué es la compatibilidad? Proporcione dos ejemplos cotidianos de compatibilidad. Compare y contraste los diferentes tipos de atención. ¿Qué signiica la curva en U invertida en el campo de la atención? ¿En qué condiciones se pueden utilizar mejor las pantallas auditivas? ¿Cuál es la diferencia entre los juicios absolutos y relativos? ¿Cuál es la limitación del juicio absoluto? 247 248 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo Características de las ventanas 1. ¿El software utiliza áreas móviles en la pantalla llamadas ventanas? Sí ❑ No ❑ ❑ ❑ 3. ¿Hay barras de desplazamiento para permitir que el contenido de las ventanas pueda moverse hacia arriba y hacia abajo? ❑ ❑ 4. ¿Están las ventanas identificadas con títulos llenos de significado? ❑ ❑ 5. ¿Hay cajas especiales en las esquinas de las ventanas con el fin de cambiar su tamaño o cerrarlas? ❑ ❑ Sí ❑ No ❑ ❑ ❑ Sí ❑ No ❑ ❑ ❑ Sí ❑ No ❑ 2. ¿Están los artículos de los menús agrupados por función? ❑ ❑ 3. ¿El número de artículos en los menús está limitado a un número razonable (de 7 a 10)? ❑ ❑ 4. ¿Hay botones disponibles para llevar a cabo acciones específicas comunes? ❑ ❑ 5. ¿Se utilizan barras de herramientas con íconos o una serie de botones? ❑ ❑ 6. ¿Se utilizan cuadros de diálogo para notificar al usuario acerca de problemas potenciales? ❑ ❑ Sí ❑ No ❑ 2. ¿Están ubicadas las funciones similares de manera consistente de una pantalla a otra? ❑ ❑ 3. ¿Está el punto de partida de cualquier acción de la pantalla en la esquina superior izquierda? ❑ ❑ 4. ¿Toda acción en la pantalla lleva la secuencia de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo? ❑ ❑ 5. ¿Son los textos breves, concisos y utilizan letras mayúsculas y minúsculas? ❑ ❑ 6. ¿Se utilizan los colores con moderación para llamar la atención (es decir, su uso se limita a ocho colores)? ❑ ❑ 7. ¿Tiene el usuario control sobre las pantallas de salida y la eliminación de acciones? ¿Se proporciona retroalimentación en todas las acciones que se tomen? ❑ ❑ 2. ¿Existe una política sobre la configuración de las ventanas (es decir, están en mosaicos, en cascada o una sobre otra)? Características de los iconos 1. ¿Se utilizan versiones reducidas de las ventanas usadas con mayor frecuencia llamadas íconos? 2. ¿Son los iconos fácilmente interpretables o son representaciones realistas de una determinada característica? Características de los apuntadores 1. ¿Se utiliza un dispositivo apuntador (ratón, palanca, pantalla táctil) para mover los iconos? 2. ¿Se puede identificar fácilmente en el apuntador o cursor un área activa que sea obvia? Características de los menús 1. ¿Los menús están llenos de significado (lista de operaciones) y ofrecen títulos descriptivos? Otras consideraciones respecto del uso 1. ¿El diseño de la pantalla es sencillo, ordenado y sin amontonamientos? Figura 7.17 Lista de verificación de las características de una interfaz gráfica de usuario. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. ¿Qué es la diferencia apenas notoria y cómo está relacionada con el nivel del estímulo? ¿Por qué se utiliza la redundancia en los estímulos críticos? ¿Por qué se preiere una pantalla de apuntador móvil y escala ija? ¿Cuál es el propósito de usar patrones en un conjunto de marcadores en una sala de control? ¿Qué características clave se utilizan para incrementar la atención en una pantalla visual? ¿Qué características clave se utilizan para incrementar la atención en una pantalla auditiva? ¿Cuáles son las concesiones que existen entre los diferentes tipos de dispositivos apuntadores? ¿Cuáles son los componentes principales de una buena interface gráica de usuario? PROBLEMAS 1. a) b) ¿Cuál es la cantidad de información de un grupo de ocho señales luminosas si cada una de ellas tiene una probabilidad de ocurrencia igual? La probabilidad de las luces se modiican de acuerdo con la tabla siguiente. Calcule la cantidad de información y la redundancia de esta coniguración. Estímulo Probabilidad 1 0.08 2 0.25 3 0.12 4 0.08 5 0.08 6 0.05 7 0.12 8 0.22 Problemas 2. Una universidad estatal de gran tamaño utiliza registros de correo de tres dígitos para codiicar la correspondencia dentro del campus. El paso inicial al clasiicar este correo consiste en hacerlo de acuerdo con el primer dígito (existen 10 posibles dígitos), lo cual signiica una zona general del campus. Este paso se lleva a cabo presionando una tecla con el número correspondiente, el cual deposita la carta en el contenedor apropiado. Un clasiicador de correo típico clasiica 60 sobres por minuto y toma un mínimo de 0.3 segundos presionar la tecla con el procesamiento cognitivo involucrado. a) Suponiendo que el correo se distribuye de manera uniforme en todas las zonas del campus, ¿cuál es el ancho de banda del clasiicador de correo? b) Después de un determinado lapso, el caliicador se percata de que el correo del campus está distribuido de la siguiente manera. Si el clasiicador de correo utiliza esta información, ¿cuántas cartas podría manejar el clasiicador en 1 minuto? Zona Porcentaje de distribución 0 1 2 3-9 25 15 25 5 3. Roberto y Guillermo son dos pronosticadores del clima que trabajan en AccurateWeather. Roberto es un veterano pronosticador, mientras que Guillermo acaba de salir de la universidad. A continuación se muestran los registros (número de predicciones) acerca de la capacidad de ambos pronosticadores de predecir si va a llover en las próximas 24 horas. a) ¿A cuál de los pronosticadores del clima contrataría usted? ¿Por qué razón? b) ¿Quién es el pronosticador más conservador? ¿Por qué? c) ¿En qué sentido un pronosticador conservador en comparación con uno más arriesgado sería beneicioso para las diferentes regiones geográicas? Resultado válido Resultado válido Roberto dijo: Lluvia 268 320 Lluvia No lluvia No lluvia 56 5 318 Guillermo dijo: Lluvia Lluvia No lluvia 100 21 No lluvia 138 349 4. El fabricante de resistencias Dorben Electronics Co., evalúa a los aspirantes a inspectores de control de calidad antes de contratarlos. Dorben desarrolló la siguiente prueba de precontratación. A cada empleado potencial se le presenta el mismo conjunto de 1 000 resistencias dentro de las cuales 500 son defectuosas. Los resultados de dos prospectos son los siguientes: 1) de las 500 resistencias en buen estado, el prospecto 1 marcó 100 como defectuosas, y de las 500 resistencias defectuosas, el prospecto 1 marcó 200 como defectuosas; 2) de las 500 resistencias en buen estado, el prospecto 1 marcó 50 como defectuosas y de las 500 resistencias defectuosas, el prospecto 2 marcó 300 como defectuosas. a) Intentar escoger una resistencia defectuosa como defectuosa es un éxito. Llene la tabla siguiente. Prospecto 1 Prospecto 2 Cantidad de éxitos Cantidad de falsas alarmas Cantidad de fracasos Cantidad de rechazos correctos d′ b) c) Puesto que Dorben le otorga mucha importancia al control de calidad (es decir, de ninguna manera quieren vender productos defectuosos), ¿qué prospecto sería el más idóneo para cumplir con este objetivo? ¿Por qué? Puesto que Dorben desea contratar al inspector más eiciente (es decir, el más eicaz), ¿qué prospecto debe contratar la compañía? 249 250 Diseño del trabajo cognitivo CAPÍTULO 7 5. Los siguientes datos acerca del desempeño se recabaron en condiciones similares por dos inspectores que removían productos defectuosos en una línea de ensamblado. Emita sus comentarios acerca del desempeño relativo de los dos inspectores: ¿Cuál es mejor para encontrar defectos? ¿A cuál contrataría usted si el costo asociado con la venta de un producto defectuoso fuera muy elevado? ¿Quién hace un mejor trabajo en términos generales? (Sugerencia, tome en cuenta d ′ ). JRS Cantidad de éxitos Cantidad de falsas alarmas Cantidad de éxitos Cantidad de falsas alarmas ABD Caso 1 Caso 2 0.81 0.21 0.84 0.44 0.41 0.15 0.55 0.31 6. Los datos de respuesta-tiempo siguientes (en milisegundos) se obtuvieron en la granja Brown cuando el dueño y su hijo Juan operaban un tractor usando el pie derecho para controlar el embrague, el freno y el acelerador. El pie normalmente se mantenía en posición de descanso. La ubicación y tamaño de los pedales se muestran en la siguiente igura así como algunos tiempos de respuesta de muestra (en milisegundos) para activar un control determinado a partir de su posición de descanso. a) ¿Cuál es el valor del grado de diicultad de cada pedal? b) Graique los tiempos de respuesta. ¿Qué ley puede utilizarse para explicar la relación entre los tiempos de respuesta y el grado de diicultad para activar un determinado control? c) ¿Cuál es el tiempo simple de reacción del dueño de la granja? d) ¿Cuál es el ancho de banda de su hijo Juan? e) ¿Cuál de ellos opera mejor el tractor? Explique su respuesta. Embrague Freno Acelerador Posición de descanso 2" 2" 2" 2" 3" 3" 2" Acelerador Freno Embrague Granjero Brown 300 432 510 Su hijo Juan 270 428 480 7. Sin considerar el dígito 0, ¿qué teclado permite ingresar más rápido los dígitos mediante el empleo de un solo dedo? Suponga que la posición de origen es el dígito 5. (Sugerencia: Calcule el índice de diicultad). #B Escala .5 pulg. #A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 7 8 9 4 5 6 1 2 3 8. Con frecuencia, los pianistas tienen que presionar teclas en una determinada secuencia muy rápidamente. La igura siguiente muestra el teclado típico de un piano. Problemas a) b) Compare el índice de diicultad que implica teclear C, C#, F y F#. Suponga que uno comienza en la tecla A y las distancias están medidas de centro a centro. Si se comienza en la tecla A, toma 200 ms para teclear la tecla C y 500 ms para teclear la tecla F, ¿cuál es el ancho de banda de un pianista típico? 1/2" G# Nota: A# A C# B C D# D F# E F G# G A# A 1 Octava B 1" 9. La perilla que se muestra a continuación tiene números y lechas que indican la dirección que se utiliza en refrigeradores para controlar la temperatura. ¿En qué dirección, en el de las manecillas del reloj o en el sentido contrario, haría girar usted el botón para hacer que el refrigerador estuviera más frío? ¿Por qué? ¿Cómo mejoraría el control con el in de evitar confusiones? MÁ S FR NT E 5 1 4 2 3 ÍO MÁS CA E LI 10. El marcador que se muestra a continuación representa un medidor de presión. El rango de operación es de 50 psi. El operador debe obtener una lectura aproximada a 1 psi. Realice una evaluación crítica del marcador e indique las prácticas de diseño deicientes. Después, rediseñe el marcador de acuerdo con las prácticas de diseño recomendadas. PSI 8 40 16 32 24 251 252 CAPÍTULO 7 Diseño del trabajo cognitivo 11. La escala que se muestra a continuación representa una que se utiliza para medir peso. El máximo peso posible es de 2 libras y la escala debe leerse haciendo una aproximación a 0.1 libras. Realice una evaluación crítica del marcador que indique las prácticas de diseño deicientes. Después rediseñe el marcador de acuerdo con las prácticas de diseño recomendadas. 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 12. Diseñe un letrero que diga SALIDA el cual se debe colocar en un auditorio público. Explique los principios ergonómicos que son necesarios considerar en el diseño de dicho letrero. REFERENCIAS ANSI (Instituto Nacional Americano de Estándares), ANSI Standard for Human Factors Engineering of Visual Display Terminal Workstations, ANSI/HFS 100-1988, Santa Mónica, CA: Human Factors Society, 1988. Bishu, R. R. y C. G. Drury. “Information Processing in Assembly Tasks⎯A Case Study”, en Applied Ergonomics, 19 (1988), pp. 90-98. Chapanis, A. y L. Lindenbaum, “A Reaction Time Study of Four Control-Display Linkages”, en Human Factors, 1 (1959), pp. 1-7. Deatherage, B. 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SITIOS EN INTERNET Examples of bad ergonomic Design (Ejemplos de diseños ergonómicos inadecuados): http://www. baddesigns.com/ 253 8.1 Filosofías básicas acerca de las causas y la prevención de accidentes Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas CAPÍTULO 8 PUNTOS CLAVE • • • Los accidentes son el resultado de una secuencia de eventos causados por múltiples razones. Evalúe los accidentes mediante el uso del análisis de seguridad en el trabajo. Evalúe la secuencia de los accidentes o la falla de sistemas mediante el uso del análisis del árbol de fallas. • Aumente la coniabilidad del sistema mediante la implantación de respaldos y el aumento de la coniabilidad de los componentes. • Analice los compromisos que existen entre las diferentes acciones correctivas por medio del uso del análisis costo-beneicio. • • Familiarícese con los requisitos de seguridad de la OSHA. Controle los riesgos mediante: • • • • • Su eliminación total, si es posible Limitación de los niveles de energía involucrados Uso de aislantes, barreras y e interconexiones Diseño de equipo y sistemas a prueba de fallas Minimización de las fallas por medio de una mejor coniabilidad, factores de seguridad y la supervisión L a seguridad en el lugar de trabajo es una extensión del concepto de proporcionar un ambiente de trabajo agradable, seguro y cómodo al operador, como se analizó en el capítulo 7. El objetivo principal no es aumentar la producción a través de mejores condiciones de trabajo o del aumento de la moral del trabajador, sino especíicamente reducir el número de accidentes, los cuales dan como resultado la aparición de lesiones y la pérdida de bienes. Tradicionalmente, la preocupación más importante de las empresas ha sido el cumplimiento de las regulaciones de seguridad existentes a nivel país y estado y evitar inspecciones de seguridad por parte de los funcionarios de entidades federales (como la OSHA) que traen como consecuencia citaciones, multas y penalizaciones. Sin embargo, hasta épocas más recientes, la razón primordial de la implantación de la seguridad ha sido el elevado costo de los servicios médicos. Por lo tanto, tiene sentido implantar un programa de seguridad minucioso con el in de reducir los costos generales. Los aspectos clave de la legislación respecto a la seguridad de la OSHA así como la indemnización de los trabajadores se presenta en este capítulo junto con las teorías generales de la prevención de accidentes y el control de riesgos. Sin embargo, no se analizan los detalles sobre la corrección de riesgos especíicos, como existe un 255 255 256 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas gran número de libros de texto convencionales acerca de seguridad que estudian estos detalles (Asfahl, 2004; Banerjee, 2003; Goetsch, 2005; Hammer y Price, 2001; Consejo de Seguridad Nacional, 2000). Estos libros también explican las formas de establecer y mantener organizaciones y programas dedicados a la administración de la seguridad. 8.1 FILOSOFÍAS BÁSICAS ACERCA DE LAS CAUSAS Y LA PREVENCIÓN DE ACCIDENTES La prevención de accidentes es el método táctico y a menudo de corto plazo para dirigir a los trabajadores, materiales, herramienta y equipo y el lugar de trabajo con el propósito de reducir o evitar la ocurrencia de accidentes. Esto contrasta con la administración de la seguridad, la cual es el método estratégico relativamente de largo plazo de la planeación, educación y entrenamiento generales de dichas actividades. Un buen proceso para prevenir accidentes (vea la igura 8.1) consiste en un método ordenado muy parecido al programa de ingeniería de métodos que se presentó en el capítulo 2. La primera etapa del proceso para prevenir accidentes consiste en la identiicación del problema de una manera lógica y clara. Una vez que el problema ha sido identiicado, el ingeniero en seguridad necesita recabar información y analizarla con el in de comprender la causa del accidente y detectar posibles remedios con el in de evitarlo o, si no es posible prevenirlo por completo, al menos reducir sus efectos o severidad. En muchos casos, puede haber varias soluciones y el ingeniero en seguridad debe seleccionar una de ellas. Después, tendrá que implantarse y supervisarse el recurso reparador o correctivo para garantizar que es realmente eiciente. Si no es así, será necesario que el ingeniero repita este proceso y pruebe con otro enfoque quizá mejor. Dicha acción supervisora cierra el ciclo de retroalimentación y asegura un proceso de mejora continua para prevenir accidentes. TEORÍA DEL DOMINÓ Cuando se identiica el problema, es importante comprender algunas de las teorías sobre la causa de los accidentes, así como la secuencia de pasos de un accidente en sí mismo. Una de ellas es la teoría del dominó, desarrollada por Heinrich Petersen y Roos (1980), que se basa en una serie de teoremas desarrollados en los años 1920 que forman los dominós individuales (vea la igura 8.2): 1. 2. 3. Las lesiones industriales (o pérdida por daños) son el resultado de accidentes, los cuales involucran el contacto con una fuente de energía y su consecuente liberación. Los accidentes son resultado de causas inmediatas tales como a) Acciones inseguras por parte del personal b) Condiciones inseguras en el lugar de trabajo Las causas inmediatas son el resultado de causas básicas: a) Los actos inseguros que son resultado de factores personales tales como la falta de conocimiento, de habilidad o simplemente de motivación o de cuidado. b) Las condiciones inseguras debidas a factores de trabajo tales como estándares laborales inapropiados, úsese y tírese, deicientes condiciones de trabajo provocadas por el ambiente o la falta de mantenimiento. Identificar el problema Figura 8.1 Proceso para prevenir accidentes. (Adaptado de: Heinrich, Petersen y Roos, 1980.) Supervisar los resultados Recolectar datos Implantar el remedio Analizar datos Seleccionar el remedio 8.1 Filosofías básicas acerca de las causas y la prevención de accidentes Figura 8.2 Teoría del dominó de la secuencia de un accidente. Falta de control 4. Causas Causas fundamentales inmediatas Accidente Lesión (Adaptado de: Heinrich, Petersen y Roos, 1980.) Las causas básicas son el resultado de la falta general de control o de una administración adecuada. Este dominó (el primero de la secuencia) implica esencialmente la falta de un programa de seguridad implantado o mantenido adecuadamente, el cual debe incluir elementos para identiicar y medir de manera precisa las actividades laborales, establecer los estándares adecuados para dichos trabajos, medir el desempeño del operario en esos trabajos y corregirlo en la medida de lo necesario. Además, Heinrich, Petersen y Roos (1980) postularon que una lesión es simplemente la consecuencia natural de eventos anteriores, algo similar a las ichas de dominó que caen secuencialmente, formando una reacción en cadena. Como una medida preventiva proactiva, se podría simplemente quitar una de las ichas anteriores para evitar que el resto se caiga y se detenga la secuencia antes de que se generen lesiones. Los autores también hicieron hincapié en que era importante tratar de quitar la icha más cercana al inicio de la secuencia, esto es, implantar el procedimiento correctivo en la etapa más temprana posible, en las causas raíz. La implicación es que si se invierte esfuerzo en sólo prevenir lesiones, se presentarán accidentes similares en el futuro y los consecuentes daños potenciales a la propiedad y otro tipo de lesiones. Como adaptación de la teoría del dominó, Heinrich y Roos (1980) también destacaron el concepto de causas múltiples; esto es, detrás de cada accidente o lesión existen numerosos factores, causas y condiciones contribuyentes, que se combinan de manera aleatoria de tal forma que es difícil identiicar cuál fue la causa principal. Por lo tanto, más que tratar de encontrar sólo la causa principal, sería mejor tratar de identiicar y controlar tantas causas como fuera posible, de tal forma que se obtenga el mayor efecto general en el control o prevención de la secuencia del accidente. Como ejemplo, entre los actos inseguros provocados por los seres humanos, los cuales de acuerdo con Heinrich, Petersen y Roos (1980) representaron 88% del total de accidentes, podría haber 1) jugueteo o riñas, 2) manejo inadecuado del equipo, 3) intoxicación o drogas, 4) renuencia a utilizar dispositivos de seguridad, o 5) no detener la máquina antes de limpiarla o de quitar una pieza atorada. Entre las condiciones de inseguridad, las cuales representan un total de 10% del total de accidentes (el resto son “actos de Dios” inevitables), se pueden mencionar 1) vigilancia inadecuada, 2) herramientas y equipo defectuosos, 3) diseño deiciente de máquinas y estaciones de trabajo, 4) iluminación inadecuada o 5) ventilación inapropiada. La igura 8.3 muestra los efectos de las diferentes acciones correctivas que se toman a lo largo de la secuencia dominó así como las múltiples causas de un escenario en el que las chispas generadas por una rectiicadora pueden incendiar los humos de solventes y provocar una explosión o incendio, lo cual provoca quemaduras al operador. Una lesión se deine como quemaduras en el cuerpo del operador. El accidente que conduce a la lesión es la explosión y el fuego posterior. La secuencia pudo haber sido detenida si se hubiese obligado al operador a utilizar el traje a prueba de fuego. Aunque de cualquier forma el accidente hubiese sucedido, se hubiese evitado una severa lesión al operador. Evidentemente, éste no representa el mejor método de control, ya que de cualquier manera el fuego podía ocurrir con otras consecuencias a la propiedad. Si nos movemos una icha hacia atrás, el incendio fue provocado por chispas provenientes de la ignición de la rectiicadora que entraron en contacto con los humos volátiles que saturaban el área, prendiéndolos, de rectiicado. La secuencia pudo haberse detenido en esta etapa si se hubiese utilizado un eliminador de chispas o mediante la reducción de la concentración de humos por medio de una mejor ventilación. Incluso ésta es una medida de control riesgosa ya que es probable que el eliminador de chispas no elimine todas las que vuelan y el ventilador puede fallar debido a la presencia de fuego en el sistema de alimentación. Si nos movemos una 257 258 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas 1: Gas independiente, rectificadora 2: Mejor inspección Figura 8.3 Secuencia dominó de la chispa de un rectificado que provoca un incendio. 1: Aumentar la ventilación 2: Material del rectificado Falta de control Causas fundamentales Causas inmediatas (1: Solvente almacenado en el rectificado, 2: Deficiente identificación de las actividades del trabajo) (1: Solvente menos volátil, 2: El rectificado genera chispas) (Las chispas encienden los humos) Accidente Lesión (Explosión/ fuego) (Quemaduras) Traje de protección contra incendios 1: Utilice un eliminador de chispas 2: Humos menos concentrados icha hacia atrás, entre las causas más básicas se pueden incluir un par de factores diferentes (observe que las causas pueden ser múltiples), tales como la presencia de un solvente volátil y el hecho de que la rueda de rectiicado al actuar en el fundido genere chispas. La secuencia podría detenerse aquí mediante el empleo de un solvente menos volátil o la instalación de una rueda de rectiicado más suave fabricada con un material diferente que no genere chispas. De nuevo, éstas no serían las medidas de control más eicientes en un clima extremadamente cálido que incrementara la vaporización de un solvente más estable y la rueda de molido provocara chispas con materiales más duros. Asimismo, podrían tener otras consecuencias menos positivas tales como que la rueda de molido suave fuera menos eiciente para emparejar las orillas rugosas de las piezas. La última icha de falta de control contiene una gran cantidad de factores: una identiicación deiciente de las actividades del trabajo que permita el uso de solvente en el área de rectiicado, almacenamiento de solventes en el área de trabajo, inspecciones de seguridad inadecuadas, falta de atención por parte del operador de la moledora, etc. En esta etapa, la simple separación de los elementos peligrosos, esto es, la remoción de solventes en el área de rectiicado, es la forma más sencilla, barata y eiciente de resolver el problema. A pesar de que, estrictamente, el triángulo de la tasa de accidentes de Heinrich, Petersen y Roos (1980) que establece las bases de una lesión mayor (vea la igura 8.4a), no es un modelo de causas de accidentes, hace hincapié en la necesidad de retroceder en la secuencia del proceso de accidentes. Por cada lesión severa, es muy probable que haya habido al menos 29 lesiones menores y 300 accidentes sin lesiones, con cientos o miles de actos inseguros que se han pasado por alto pero que forman la base del triángulo. Por lo tanto, en lugar de enfocarse sólo de forma reactiva en la lesión más severa o aún en las lesiones menores, tiene sentido para el ingeniero en seguridad el observar proactivamente los accidentes ocurridos con anterioridad sin lesiones y actos inseguros que condujeron a esos accidentes, como un campo de oportunidades para reducir las lesiones potenciales y los costos asociados con el daño a la propiedad y tener un programa de control de pérdidas totales mucho más signiicativo y eiciente. Posteriormente, este triángulo de la tasa de accidentes fue modiicado por Bird y Germain (1985), que incluyeron el daño a la propiedad así como la revisión de las cantidades (vea la igura 8.4b). Sin embargo, la ilosofía básica es la misma. MODELOS DE SEGURIDAD BASADOS EN EL COMPORTAMIENTO Los modelos más recientes acerca de las causas que provocan los accidentes se enfocan en ciertos aspectos del comportamiento del operario. La base de este método estriba en investigaciones acerca 8.1 Filosofías básicas acerca de las causas y la prevención de accidentes Lesión mayor Lesión mayor Lesiones menores Lesiones menores Daños a la propiedad Accidentes Incidentes 600 a) 259 b) Figura 8.4 a) Triángulo de la tasa de accidentes de Heinrich; b) Triángulo de la tasa de accidentes de Bird y Germain (1985). (Adaptado de: Heinrich, Petersen y Roos, 1980.) de la crisis temprana realizadas por Hill (1949) seguidas de la cuantiicación de dichas crisis o factores situacionales más modestos en unidades de cambio de vida (LCU) por parte de Holmes y Rahe (1967) (vea la tabla 8.1). La premisa fundamental de esta teoría es que los factores situacionales reducen la capacidad de las personas para lidiar con el estrés en el lugar de trabajo (o de la vida en general), lo cual las deja en una posición susceptible de sufrir accidentes a medida que aumenta la cantidad de estrés. En el estudio se comprobó que 37% de las personas que en 2 años acumularon entre 150 y 199 LCU padecían enfermedades. A medida que los LCU aumentaban de 200 a 299, 51% sufrían enfermedades, y de las que excedían 300 LCU, 79% padecía enfermedades. Esta teoría puede ayudar a explicar de manera obvia por qué hay personas muy susceptibles a los accidentes, así como la necesidad de evitar que los operarios que trabajan bajo mucho estrés lleven a cabo el trabajo difícil y peligroso. Otro modelo de comportamiento causante de accidentes es el modelo motivación-recompensasatisfacción que elaboraron Heinrich, Petersen y Roos (1980). Este enfoque amplía los conceptos skinnerianos (Skinner, 1947) de reforzamiento positivo para lograr ciertos objetivos. En términos de seguridad, el desempeño del trabajador depende de su motivación así como de su pericia para realizar su tarea. En el ciclo de retroalimentación positiva principal (vea la igura 8.5), a medida que el trabajador tiene un mejor desempeño, aumenta la recompensa, más satisfecho está y mayor es su motivación para mejorar su desempeño. Esta retroalimentación positiva podría aplicarse al desempeño del trabajador en relación con la seguridad y a la productividad (la cual es la base de los sistemas de incentivos basados en salarios que se estudian en el capítulo 17). La variante más actual y popular del entrenamiento en seguridad basado en el comportamiento es el modelo ABC. En la parte central del modelo se encuentra el comportamiento (la parte B) del trabajador, o lo que éste hace como parte de la secuencia del accidente. La parte C es la consecuencia de ese comportamiento o los eventos que se llevan a cabo después del comportamiento, que conducen potencialmente a un accidente o lesión. Las primeras partes A son antecedentes (a menudo llamadas activadores) o eventos que se llevan a cabo antes de que ocurra el comportamiento. Por lo general, esta serie comenzará como un proceso negativo, en el cual el ingeniero en seguridad debe tratar de corregir las consecuencias desagradables y determinar qué comportamientos y antecedentes conducen a estas consecuencias. Por ejemplo, un operario toma un atajo al pasar por una banda transportadora: un comportamiento. El antecedente podría ser el ahorro en tiempo ya que trata de ganar la carrera a la hora del almuerzo con el in de llegar en primer lugar a la ila de la cafetería. Las consecuencias son típicamente positivas pues el operador contará con más tiempo para comer, pero, en este caso en particular, las consecuencias son negativas ya que el operador se puede lesionar si se resbala sobre la banda. Una forma de cambiar el comportamiento sería colocar advertencias acerca del peligro que signiica saltar sobre la banda transportadora y aplicar multas por violar dicha indicación. Sin embargo, éste es un método negativo pues requiere de una acción signiicativa para obligar a todo el personal a obedecer la advertencia. Esto es, la modiicación de los antecedentes puede ser el punto de partida de un comportamiento, pero, en muchos casos, no es suiciente conservar dicho comportamiento, especialmente si el método se enfoca en un aspecto negativo. Un mejor método sería utilizar el modelo motivación-recompensa-satisfacción y un enfoque en las consecuencias positivas. Lo anterior se puede lograr mediante el escalonamiento de los periodos que se asignan a los empleados para comer, de tal manera que todos puedan gozar de un tiempo para la comida sin preocupaciones y relajados. También es importante darse cuenta de que los activadores más eicientes se correlacionan con las consecuencias más eicaces, esto es, aquellas que son más positivas, inmediatas y menos inciertas. 260 CAPÍTULO 8 Tabla 8.1 Grado 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas Tabla con las unidades de cambio de vida Evento de la vida Muerte del cónyuge Divorcio Separación conyugal Cumplir una condena en la cárcel Muerte de un familiar cercano Lesión o enfermedad personal Matrimonio Despido del trabajo Reconciliación conyugal Retiro Cambios en la salud de los miembros de la familia Embarazo Dificultades de tipo sexual Nacimiento de un nuevo miembro de la familia Realización de ajustes en el negocio Cambio en el estado de las finanzas personales Muerte de un amigo cercano Cambio a una línea de trabajo diferente Cambio en el número de discusiones con la pareja Hipotecar en una cantidad demasiado elevada Ejecución de una hipoteca o préstamo Cambio de responsabilidades en el trabajo Abandono de la casa de un hijo o hija Problemas legales Logro personal sobresaliente Comienzo o término de trabajo por parte de la pareja Empezar o terminar la escuela Cambio en las condiciones de vida Revisión de los hábitos personales Problemas con el jefe Cambio en el horario de trabajo y las condiciones Cambio de residencia Cambio de escuelas Cambio en las formas de recreación Cambio en las actividades eclesiásticas Cambio en las actividades sociales Hipoteca o préstamo por debajo de la cantidad crítica Cambio en los hábitos de dormir Cambio en la cantidad de reuniones familiares Cambio en los hábitos de comer Vacaciones Navidad Violaciones menores de la ley Valor medio 100 73 65 63 63 53 50 47 45 45 44 30 39 39 39 38 37 36 35 31 30 29 29 29 28 26 26 25 24 23 20 20 20 19 19 18 17 16 15 15 13 12 11 Fuente: Heinrich, Petersen y Roos, 1980. En general, los métodos que se basan en comportamientos son muy populares y eicientes como formas de prevenir accidentes, especialmente si se considera que la gran mayoría (hasta 88%) de ellos se deben a comportamientos y actos inseguros de parte de los trabajadores. Desafortunadamente, este método se enfoca sólo en las personas y no en los daños físicos, por lo que deben existir también mecanismos y procedimientos para garantizar condiciones seguras en el lugar de trabajo. Por último, se debe tener cuidado de que el objetivo de dichos programas no se desvíe del propósito original que es promover la seguridad. A partir de la experiencia personal, una compañía de manufactura había implantado un programa de fortalecimiento positivo para proporcionar incentivos de seguridad a los trabajadores de producción: a todos los que pertenecían a un determinado departamento que 8.2 Personal de apoyo Jefe Figura 8.5 Modelo de la satisfacción motivada por la recompensa. Alta dirección Fuente: Heinrich, Petersen y Roos, 1980. Estilo - Clima - Relaciones UNO MISMO Personalidad Logro 261 Proceso para prevenir accidentes CLIMA DE TRABAJO EL TRABAJO MISMO ¿Se divierte? FACTORES MOTIVACIONALES DEL TRABAJO ¿Puede él o ella obtener logros? ¿Promoción? Sentido de responsabilidad MOTIVACIÓN GRUPO(S) DE IGUALES Normas Presiones DESEMPEÑO SINDICATO Normas Presiones RECOMPENSA SATISFACCIÓN HABILIDAD Jefe SELECCIÓN ¿Puede él o ella hacer el trabajo? Colega Sindicato Uno mismo ENTRENAMIENTO ¿Sabe él o ella cómo hacerlo? lograran un objetivo de seguridad, por ejemplo, un mes sin registrar una lesión, se les proporcionaría una comida sin costo en la cafetería. Si este mismo comportamiento se conservaba a lo largo de seis meses, recibirían una cena con carne en un restaurante; y si lo conservaban por un año, recibirían un certiicado de regalo por una cantidad de 200 dólares. Desde luego, si se llegara a registrar una lesión, se tendría que volver a empezar el conteo desde el principio. Como consecuencia, cuando la cuenta de días sin lesiones era elevada, los trabajadores estimulaban a sus compañeros lesionados a no reportar su lesión a la enfermera de la planta, lo cual distorsionaba el propósito para el cual dicha medida había sido diseñada. 8.2 PROCESO PARA PREVENIR ACCIDENTES IDENTIFICACIÓN DEL PROBLEMA Para identiicar el problema, las mismas herramientas cuantitativas exploratorias que usan los ingenieros de métodos (tales como el análisis de Pareto, el diagrama de pescado, el diagrama de Gantt, la guía del análisis de la tarea-lugar de trabajo) que se analizaron en el capítulo 2, pueden también utilizarse como un primer paso en el proceso para prevenir accidentes. Otra herramienta eiciente para identiicar si un departamento es signiicativamente más peligroso que otro es el análisis chicuadrada. Dicho análisis se basa en la bondad de la chi-cuadrada para acoplarse a una prueba entre una muestra y una distribución de población en la forma de datos categóricos en una tabla de contingencias. En la práctica, esto se expresa como la diferencia entre m conteos observados y los conteos esperados de lesiones (o accidentes o dólares): 12 donde Ei = Oi = OT = Hi = HT = m= valor esperado = Hi × OT /HT valor observado total de los valores observados horas trabajadas total de horas trabajadas número de áreas comparadas  i
Ei m Oi  2Ei 262 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas Si la ␹2 resultante es mayor que ␹2a,m – 1, la ␹2 crítica en un nivel de error de a y con m – 1 grados de libertad, entonces existe una diferencia signiicativa entre los valores esperado y observado en lesiones. El ejemplo 8.1 demuestra una aplicación de seguridad. Se pueden encontrar más detalles acerca de este procedimiento estadístico en Devore (2003). EJEMPLO 8.1 Análisis chi-cuadrada de los datos acerca de lesiones La compañía Dorben Co. tiene tres departamentos principales de producción: procesamiento, ensamble y empaquetado/embarque. La administración está preocupada debido al elevado número de lesiones en el área de procesamiento y desea saber si ellas representan una desviación signiicativa respecto al resto de la planta. La forma más apropiada para estudiar este problema es mediante el análisis chi-cuadrada, el cual compara el número de lesiones ocurridas en 2006 (que se muestran en la tabla 8.2) con un número esperado basado en el número de horas de exposición. Se calcula el número esperado de lesiones en el departamento de procesamiento como, Ei Tabla 8.2 Hi OTHT 900 000 362 900 000 11 .2 Lesiones observadas y esperadas Departamento Procesamiento Ensamblado Empaque/embarque Total Lesiones Oi de exposición (horas) Tiempo Lesiones esperadas 22 10 4 36 900 000 1 400 000 600 000 2 900 000 11.2 7.4 17.4 36 La cantidad de lesiones esperada de los demás departamentos se calcula de manera similar. Observe que el número total de lesiones esperadas debe sumarse al número total de lesiones observadas, 36. , 12 2
11 .2 22 211 .2  i
Ei Oi  Ei
17 .4 10 217 .4 15 .1 m
7 .4 4 27 .4 El valor resultante de 15.1 es mayor a 120.05,3 1 5 .9, la cual se puede encontrar en la tabla A3-4 (apéndice 3). Por lo tanto, el número de lesiones en al menos uno de los departamentos se desvía signiicativamente respecto al valor esperado con base puramente en las horas de exposición. Este departamento —de procesamiento—, con 22 lesiones en lugar de las 11.2 esperadas debe analizarse con más detalle con el in de encontrar la causa de este incremento en el número de lesiones. RECOLECCIÓN Y ANÁLISIS DE LOS DATOS: ANÁLISIS DE LA SEGURIDAD EN EL TRABAJO El segundo y tercer pasos del proceso de prevención de accidentes consisten en la recolección y análisis de los datos. La herramienta más común y básica para realizar este trabajo es el análisis de la seguridad en el trabajo (Job Safety Analysis: JSA), con frecuencia llamado análisis de riesgo en el trabajo o análisis de la seguridad de métodos. En un JSA, el ingeniero de seguridad debe 1) fragmentar el trabajo en sus elementos componentes en orden secuencial, 2) analizar cada elemento críticamente con el in de identiicar riesgos potenciales o la posibilidad de la ocurrencia de un accidente y 3) encontrar formas de mejorar la seguridad de este elemento. Mientras el ingeniero de seguridad lleva a cabo un análisis JSA, debe enfocarse en cuatro factores principales: 1. 2. 3. Trabajador: el operador, supervisor o cualquier otra persona que pueda estar asociada con este elemento Método: los procedimientos de trabajo que se utilizan en este proceso en particular Máquina: el equipo y herramientas que se utilizan 8.2 1 2 4 5 Proceso para prevenir accidentes 3 6 Figura 8.6 Etapas en el maquinado de un acoplamiento. Cortesía de Andris Freivalds. 4. Material: la materia prima, partes, componentes, sujetadores, etc., que se utilizan o ensamblan en el proceso Por lo tanto, cualquier mejora podría involucrar un mejor entrenamiento o mejor equipo de protección personal del operador, un nuevo método, equipo y herramientas más seguros y diferentes o mejores materiales y componentes. Como ejemplo, considere el proceso de maquinado de un acoplamiento relativamente grande (40 libras) que se muestra en la igura 8.6 con su JSA asociado en la igura 8.7. El proceso involucra 1) recoger la parte sin terminar de un contenedor, 2) colocarla en el soporte de sujeción de la máquina, 3) apretar el soporte de sujeción con una llave, 4) remover con aire la viruta del maquinado (alojar la base y quitar el acoplamiento; no se muestran, pero son equivalentes a los elementos 3 y 2, respectivamente), 5) emparejar cualquier ilo rugoso con un cepillo de mano y 6) colocar la parte terminada en un contenedor de cartón. En la igura 8.7 se muestran los riesgos potenciales y los controles apropiados correspondientes a cada uno de los elementos. Dentro de los problemas que se encuentran comúnmente se pueden mencionar las elevadas fuerzas de compresión mientras se sacan y colocan los acoplamientos en los contenedores o depósitos de cartón. Dichas fuerzas pueden reducirse si las cajas se inclinan para que entren mejor. Otro problema consiste en la lexión del hombro con largas torsiones mientras se coloca o quita el acoplamiento en el elemento de sujeción de la máquina y se aprieta o aloja dicho elemento. Este paso se facilita si se baja el soporte de sujeción y se coloca la base más cerca del soporte de sujeción de tal manera que se doblen los codos y formen un ángulo cercano al óptimo de 90°. El equipo de protección personal —tal como la máscara contra el polvo—, ayuda a evitar la entrada de polvo mientras que los guantes con gel reducen las vibraciones en las manos. Los análisis JSA proporcionan varias facilidades útiles relacionadas con la ingeniería de métodos. Representan una forma simple, rápida y objetiva de comparar todos los detalles relevantes. Pueden servir para comparar los métodos existentes y propuestos con efectos potenciales no sólo en la seguridad, sino también en la producción, lo cual representa una aplicación de gran utilidad en términos de vender una mayor seguridad a la alta dirección. A pesar de que es altamente cualitativo, el método JSA puede hacerse más cuantitativo mediante la suma de probabilidades, lo cual lleva al análisis cuantitativo del árbol de fallas que se analizará en la sección 8.5. 263 264 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas NÚMERO DE ANÁLISIS DE RIESGOS LABORALES ___________________ DESCRIPCIÓN DEL TRABAJO _________________________ PREPARADO POR ________ DEPARTAMENTO — QUE LO EMITE ______________________________________ REVISADO POR __________ 4-12— LUGAR ____________________________________________ FECHA __________________ ETAPAS CLAVES DEL TRABAJO RIESGOS POTENCIALES DE LESIONES Y A LA SALUD PRÁCTICAS SEGURAS, UNIFORMES Y EQUIPO Núm. de JHA ____________ Página_____de_________ Figura 8.7 Análisis de la seguridad laboral. 8.2 Proceso para prevenir accidentes SELECCIONE UN REMEDIO: ANÁLISIS DE RIESGOS Y TOMA DE DECISIONES Una vez que se han realizado los análisis JSA y sugerido varias soluciones, el ingeniero en seguridad debe seleccionar una de ellas e implementarla. Esta etapa puede llevarse a cabo mediante el uso de una gran variedad de herramientas para la toma de decisiones en la cuarta etapa del proceso de prevención de accidentes, la selección de un remedio. La mayoría de estas herramientas son muy apropiadas para seleccionar un nuevo método para mejorar la productividad, las cuales se estudian en el capítulo 9. Sin embargo, una de estas herramientas, el análisis de riesgos, es más adecuado para la seguridad debido a que calcula el riesgo potencial de accidentes y lesiones y la reducción de riesgos debidos a modiicaciones. De acuerdo con Heinrich, Petersen y Roos (1980), el análisis se basa en la premisa de que el riesgo de lesión o pérdida no puede eliminarse por completo; que sólo se puede lograr una reducción del riesgo o pérdida potencial. Además, cualquier modiicación que se realice debe justiicarse al máximo desde el punto de vista económico. Según el método (Heinrich, Peteresen y Roos, 1980), la pérdida potencial aumenta debido 1) al incremento de la esperanza o probabilidad de que se presente un evento peligroso, 2) la prolongada exposición a condiciones peligrosas y 3) el aumento de las posibles consecuencias del evento peligroso. A cada uno de estos tres factores se le asignan valores numéricos (vea la tabla 8.2) y, después, se calcula el valor total de riesgo como el producto de dichos factores (vea la tabla 8.3). Observe que estos valores numéricos son arbitrarios y, como consecuencia, el valor inal de riesgo es también muy arbitrario. Sin embargo, ello no invalida el método: sirve como medio para ofrecer una comparación relativa entre las diferentes características o controles de seguridad. Como ejemplo del análisis de riesgos, considere un evento que sea concebible, pero muy poco probable con un valor de 0.5, con una exposición semanal y un valor de 3, y consecuencias muy serias con un valor de 15. El producto que resulta nos da un valor de riesgo de 22.5 (= 0.5 × 3 × 15) el cual corresponde a una riesgo demasiado bajo, quizá digno de prestarle atención, pero no una atención urgente. Consulte la tabla 8.4. Se puede lograr el mismo resultado mediante el empleo de la igura 8.8 y una línea de vínculo para conectar las dos mitades de la gráica. La conveniencia desde el punto de vista económico de los dos diferentes remedios del evento de riesgo anterior puede compararse mediante el uso de la igura 8.9. El remedio A reduce el riesgo 75%, pero cuesta 50 000 dólares, mientras que el remedio B reduce el riesgo sólo 50% pero sólo cuesta 500 dólares. Desde el punto de vista costo-beneicio, la conveniencia del remedio A es dudosa y es probable que sea difícil que reciba apoyo inanciero mientras que es muy probable que el remedio B se justiique debido a su menor costo. Tabla 8.3 Valores de los factores del análisis de riesgos Probabilidad Esperada Exposición Valores Continua 10 Valores 10 Posible 6 Diaria 6 Poco usual 3 Semanal 3 Remota 1 Mensual 2 ~ Concebible 0.5 Algunas/cada año 1 ~ Imposible 0.1 Anualmente 0.5 Posibles consecuencias Valor Catastróficas (muchas muertes, $10 en daños) 100 8 Desastrosas (algunas muertes, $10 en daños) 40 Muy serias (¿muertes?, $106 en daños) 15 Serias (lesiones serias, $10 en daños) 7 7 5 Importantes (lesiones, $10 en daños) 3 Apenas notorias (primeros auxilios, $103 en daños) 1 4 Adaptado de: Heinrich, Petersen y Roos (1980). 265 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas Tabla 8.4 Análisis de riesgos y conveniencia desde el punto de vista económico Situación de riesgo Valor Riesgo muy alto; detener operaciones Alto riesgo; corrección inmediata Riesgo sustancial; se necesita una corrección Posible riesgo; es necesario atenderlo ¿Riesgo?; quizás aceptable 400 200-400 70-200 20-70 < 20 Fuente: Heinrich, Petersen y Roos (1980). PROBABILIDAD ÍNDICE DE RIESGO Puede esperarse que suceda en un momento determinado POSIBLES CONSECUENCIAS EXPOSICIÓN Es muy probable que pueda suceder Muy rara (cada año o menos) No usual, pero posible Rara (sólo algunos por año) Inusual (una vez al mes) Remotamente posible Ocasional (una vez a la semana) Frecuente (diariamente) Línea de vínculo 266 Continuamente Puede suceder pero es muy poco probable que suceda Prácticamente imposible que suceda Muchas fatalidades >$107 en daños Catástrofe Múltiples fatalidades >$106 en daños Desastre Fatalidad >$105 en daños Muy severo Lesión seria >$104 en daños Severo Discapacidad >$103 en daños Importante Accidentes menores de primeros auxilios >$100 en daños Apenas notorio RIESGO MUY ELEVADO: CONSIDERE EL PARO DE LA OPERACIÓN RIESGO ELEVADO: SE REQUIERE DE UNA CORRECCIÓN INMEDIATA RIESGO SUSTANCIAL: SE REQUIERE DE UNA CORRECCIÓN POSIBLE RIESGO: SE REQUIERE DE ATENCIÓN RIESGO: QUIZÁS ACEPTABLE Figura 8.8 Cálculo del análisis de riesgos. Fuente: Heinrich, Petersen y Roos, 1980. Después de que se ha seleccionado un remedio adecuado desde el punto de vista económico, debe implementarse en la quinta etapa del método para prevenir accidentes. La implantación puede llevarse a cabo a diferentes niveles. El ingeniero en seguridad junto con los técnicos apropiados debe instalar los dispositivos y equipos de seguridad adecuados. Sin embargo, para lograr una implantación totalmente exitosa, los operadores y supervisores deben estar de acuerdo y participar en la implementación. Si no siguen los procedimientos correctos con el nuevo equipo, no se conseguirá ningún beneicio en cuanto a seguridad. Como algo extra, esta etapa también presenta una oportunidad para analizar el método 3E: ingeniería, educación y obligación. El mejor remedio casi siempre consiste en un rediseño de ingeniería, pues ello garantiza una elevada seguridad y no depende estrictamente de la obediencia del operador. El siguiente mejor remedio es la educación; sin embargo, ésta no depende de la obediencia del operador y es probable que no siempre tenga éxito, especialmente si los trabajadores no siguen los procedimientos correctos. Por último, es obligatorio seguir estrictamente las reglas y usar el equipo de protección personal. Esto supone que el trabajador no cumplirá con las reglas, requiere una estricta vigilancia y provoca resentimientos con refuerzo negativo, por lo que debe utilizarse como último recurso. 8.2 Proceso para prevenir accidentes FACTOR DE JUSTIFICACIÓN ÍNDICE DE RIESGO RIESGO MUY ELEVADO RIESGO ELEVADO COSTOS DE CORRECCIÓN REDUCCIÓN DEL RIESGO DEFINITIVAMENTE VALE LA PENA RIESGO DEFINITIVO Pequeña reducción Reducción efectiva JUSTIFICADO Línea de vínculo RIESGO SUSTANCIAL Eliminación del riesgo ÉXITO DUDOSO RIESGO QUIZÁS ACEPTABLE Figura 8.9 Análisis de riesgos y costo-beneficio. Fuente: Heinrich, Petersen y Roos, 1980. SUPERVISIÓN Y ESTADÍSTICAS SOBRE ACCIDENTES La sexta y última etapa del proceso para prevenir accidentes consiste en la supervisión de la situación para evaluar la eicacia del nuevo método. Esta fase proporciona retroalimentación acerca del proceso y cierra el lazo comenzando el ciclo de nuevo en caso de que la situación no presente mejoría. Por lo general, los datos numéricos proporcionan un punto de referencia para supervisar cualquier cambio. Estos últimos podrían ser costos de aseguramiento, costos médicos o simplemente número de lesiones o accidentes. Sin embargo, cualquiera de estos números debe normalizarse durante las horas de exposición del trabajador, de tal manera que puedan compararse con las demás instalaciones de la empresa e industrias. Además, la OSHA recomienda que se expresen las estadísticas en cuanto a lesiones como un índice de incidencia (IR) por cada 100 empleados que trabajen tiempo completo y por año: IR 200 000 IH donde I = número de lesiones en un determinado periodo H = horas empleado trabajadas en el mismo periodo Para efectos de los registro de la OSHA, las lesiones deben poder ser registrados por ella o ser más que simples lesiones de primeros auxilios. Sin embargo, las investigaciones han demostrado que existe una gran similitud entre lesiones menores y mayores (Laughery y Vaubel, 1993). De manera similar, el índice de severidad (SR) supervisa el número de días con tiempo perdido (LT): SR 200 000 LTH Además de simplemente llevar registros y supervisar la tasa de incidencia a medida que cambian mes a mes, el ingeniero en seguridad debe aplicar los principios de graicado para el control estadístico y calcular las tendencias a largo plazo. La gráica de control (vea la igura 8.10) se basa en una distribución normal de los datos y establece un límite de control inferior (LCL) y uno superior (UCL), los cuales se deinen como LCL x ns UCL x ns 267 268 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas LCL (límite de control inferior) Figura 8.10 UCL (límite de control superior) Límites del control estadístico. Fuente: Heinrich, Petersen y Roos, 1980. donde –x = media de la muestra s = desviación estándar de la muestra n = nivel de los límites de control Por ejemplo, para el caso en el que esperaríamos un 100(1 – α) de que los datos se encontraran entre los límites de control superior e inferior, n simplemente sería la variable normal estándar zα/2. Para α = 0.05, el valor de n es de 1.96. Sin embargo, en muchas situaciones, es necesario un nivel más elevado de control en el que n = 3 o, inclusive, n = 6 (el nivel de control six-sigma de Motorola). Para registrar accidentes, el diagrama de control se hace girar hacia los lados y se graican los datos mensuales en el diagrama (vea la igura 8.11). Evidentemente, el límite de control inferior no representa problema alguno (aparte de un ligero golpecito en el hombro) respecto al superior. Si en varios meses consecutivos está por arriba del límite de control superior, esta situación debe indicarse como peligrosa y el ingeniero en seguridad interpretarla como un problema y concentrar todos sus esfuerzos en encontrar la causa. Además de las indicaciones de alerta roja, un ingeniero en seguridad alerta debió haber notado la tendencia creciente varios meses antes y comenzado una acción de control con antelación. Este análisis de tendencias pudo haberse realizado fácilmente a través de una regresión lineal en movimiento a través de periodos variables de múltiples meses. 8.3 MÉTODOS PROBABILÍSTICOS Figura 8.11 Indicación de peligro mediante un diagrama de control. Adaptado por: Heinrich, Petersen y Roos, 1980. Número de lesiones Los modelos que expresan las causas de los accidentes que se analizaron, en especial la teoría dominó, implican una respuesta muy determinística. Eso está muy lejos de ser el caso. Rectiicar sin utilizar gafas de seguridad o caminar sobre un techo sin soportes en una mina de carbón en un momento dado no garantiza que vaya a suceder un accidente o una lesión. Sin embargo, existe una probabilidad de que ocurra un accidente, la que puede deinirse mediante una probabilidad numérica. La probabilidad se basa en la lógica booleana y en el álgebra. Cualquier evento se deine mediante una forma binaria: esto es, en un momento dado, existen sólo dos estados: el evento existe y es verdadero (V), o no existe y es falso (F). Hay tres operadores que deinen la interacción entre los eventos: UCL E M M E Año 1 S N E M M Año 2 E 8.3 Tabla 8.5 Tablas de verdad booleanas X Y X·Y X Y V V F F V F V F V F F F V V V F Tabla 8.6 (No) X V F X F V XX 0 X X 0 XF 0 X·X X X X X XT X • Leyes distributivas: XY XZ X(Y XY XY X X XY X X(X Y) XY 2. 3. — Simplificaciones del álgebra booleana • Leyes básicas: 1. Métodos probabilísticos (X Y)(X Z) X X YX X Y X(X Y) X (X Y) (X Y ) X Z) YZ AND, la intersección entre dos eventos, que se expresa con el símbolo 艚 o • (el punto a veces se omite). OR, la unión de eventos, que se expresa con el símbolo 傼 o +. NOT, la negación de un evento, que se expresa con el símbolo –. Cuando se recurre a estos operadores, la interacción de dos eventos, X y Y, está regida por un patrón especíico llamado tablas de verdad (vea la tabla 8.5). Las interacciones entre más de dos eventos dan como resultado expresiones más complejas, las cuales necesitan de un procesamiento ordenado para evaluar la probabilidad total resultante del accidente o lesión inal. El orden especíico o precedencia que se debe seguir es como sigue: ( ), –, •, +. Asimismo, ciertos agrupamientos de eventos tienden a aparecer de manera repetida, de tal manera que si uno reconoce dichos patrones, se pueden aplicar las reglas de la simpliicación con el in de agilizar el proceso de evaluación. Las reglas más comunes se proporcionan en la tabla 8.6. La probabilidad de un evento P(X) se deine como el número de veces que ocurre el evento X respecto al número total de ocurrencias: P
X  #X#Total y P(X) debe estar necesariamente entre 0 y 1. La probabilidad de unir los eventos X y Y mediante la operación OR, X 傼 Y, se deine como P
X Y P
X  P
Y si los eventos no son mutuamente excluyentes, y como P
X Y P
X P
XY  P
Y si los eventos son mutuamente excluyentes. Dos eventos se deinen como mutuamente excluyentes – si dichos eventos no se intersecan, esto es, X 艚 Y = 0. Por lo tanto, necesariamente X y X son mutuamente excluyentes. Para la unión de más de dos eventos, por lo general se utiliza una expresión alterna basada en la lógica inversa, la cual es mucho más fácil de evaluar: P
X Y Z 1 [1 P
X  ] [1 P
Y ] [1 P
Z ] La probabilidad de la interacción de dos eventos mediante la operación AND se deine como P
XY  si los dos eventos son independientes, y como P
XY  P
X P
Y P
X P
YX  P
YP
XY (2) (3) 269 270 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas si los dos eventos no son independientes. Se deinen dos eventos como independientes si la ocurrencia de uno no afecta la ocurrencia del otro. Matemáticamente, esto se determina igualando las ecuaciones (2) y (3) y eliminando P(X) de ambos miembros de la ecuación, lo cual nos da P
Y P
YX ( (4) si los dos eventos son independientes. Ordenando términos en la ecuación (3) obtenemos también una expresión comúnmente utilizada que se llama regla de Bayes: (5) P
YX  P
Y P
XYP
X  Observe que dos eventos no pueden ser mutuamente excluyentes e independientes, debido a que ser mutuamente excluyentes necesariamente se deine como un evento que deine al otro, esto es, son dependientes. El ejemplo 8.2 demuestra varios de estos cálculos, así como los eventos independientes y no independientes. En Brown (1976) se pueden encontrar más detalles acerca de los fundamentos de la probabilidad. EJEMPLO 8.2 Eventos independientes y no independientes Considere el número de ocurrencias en las que A es verdadero (o 1) del número total de ocurrencias que se muestra en la tabla 8.7a. Esto determina la probabilidad de A: P
X #X#Total P
X #X#Total 710 0 .7 Observe que la probabilidad de A es el número de ocurrencias de que sea falso (o 0) del número total de ocurrencias: 310 0 .3 Asimismo, el valor de P(X ) se puede encontrar a partir de P
X  1 De manera similar, la probabilidad de Y es P
Y P
X 1 #Y#Total 0 .7 410 0 .3 0 .4 La probabilidad de A ∩ B es el número de ocurrencias en las que A y B sean verdaderas del número total de ocurrencias: P
XY  #XY#Total 310 0 .3 La probabilidad condicional de X dado que Y ha ocurrido (o es verdadero) se deine como el número de ocurrencias de X del renglón Y = 1: P 1X>Y2 ⫽ #X>#Total Y ⫽ 3>4 ⫽ 0 .75 De manera similar, P 1Y>X 2 ⫽ #Y>#Total X ⫽ 3>7 ⫽ 0 .43 Tabla 8.7 Eventos independientes o no independientes a) X y Y no son independientes b) X y Y son independientes X X Y 0 1 Total 0 1 Total 2 1 3 4 3 7 6 4 10 Y 0 1 Total 0 1 Total 2 4 6 3 6 9 5 10 15 8.4 Confiabilidad Observe también la regla de Bayes: P 1Y>X2 ⫽ P 1Y 2P 1X>Y2>P 1X 2 ⫽ 0 .4 ⫻ 0 .75>0 .7 ⫽ 0 .43 ⫽ P 1Y>X2 Por último, para que dos eventos sean independientes, la ecuación (4) debe ser verdadera. Sin embargo, a partir de la tabla 8.7a, encontramos que P(Y) = 0.4 mientras que P(Y/X) = 0.43. Por lo tanto, los eventos X y Y no son independientes. Sin embargo, en la tabla 8.7b observamos que P 1X2 ⫽ #X>#Total ⫽ 9>15 ⫽ 0 .6 P 1X>Y2 ⫽ #X>#Total Y ⫽ 6>10 ⫽ 0 .6 Puesto que ambas expresiones son iguales, los eventos X y Y son independientes. Se puede calcular la misma equivalencia para P(Y) y P(Y/X): P 1Y2 ⫽ #Y>#Total ⫽ 10>15 ⫽ 0 .67 P 1Y>X 2 ⫽ #Y>#Total X ⫽ 6>9 ⫽ 0 .67 8.4 CONFIABILIDAD El término coniabilidad deine la probabilidad de éxito de un sistema, el cual necesariamente debe depender de la coniabilidad o el éxito de sus componentes. Un sistema podría ser ya sea un producto físico con componentes físicos o un procedimiento operativo con una secuencia de pasos o suboperaciones que deben realizarse correctamente para que el procedimiento tenga éxito. Dichos componentes o etapas pueden agruparse en combinaciones mediante el uso de dos relaciones básicas diferentes: arreglos en serie y en paralelo. En un arreglo en serie (vea la igura 8.12a), cada componente debe tener éxito para que el sistema total T tenga éxito. Lo anterior puede expresarse como la intersección de todos los componentes T ⫽ A 傽 B 傽 C ⫽ ABC los cuales, si son independientes (lo cual es cierto en la mayoría de los casos), da una probabilidad de P 1T2 ⫽ P 1A 2 P 1B 2P 1C 2 a) Sistema en serie A B C T=ABC b) Sistema en paralelo A B C T=A+B+C Figura 8.12 y paralelo. Componentes en serie 271 272 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas o, si no son independientes, se obtiene P 1T 2 ⫽ P 1A2 P 1B>A 2P 1C>AB 2 En un arreglo en paralelo, el sistema total tiene éxito si cualquiera de sus componentes tiene éxito. Lo anterior puede expresarse como la unión del componente T⫽A ´ B ´ C⫽A⫹B⫹C el cual, si es mutuamente excluyente (lo cual es típico), nos da una probabilidad de P 1T2 ⫽ 1 ⫺ [1 ⫺ P 1A 2 ] [1 ⫺ P 1B 2 ] [1 ⫺ P 1C 2 ] Mediante dos ejemplos (ejemplos 8.3 y 8.4) se demostrará el cálculo de las probabilidades de un sistema. EJEMPLO 8.3 Confiabilidad de un amplificador de dos etapas Considere dos prototipos de un ampliicador de dos etapas con componentes de respaldo. El prototipo 1 (vea la igura 8.13) tiene un respaldo para el ampliicador completo, mientras que el prototipo 2 cuenta con un respaldo en cada etapa. ¿Cuál de los dos prototipos tiene una mejor coniabilidad, ya que todos los componentes son independientes pero idénticos con la misma coniabilidad de 0.9? El mejor método consiste en escribir todas las trayectorias posibles para el éxito del sistema. En el caso del prototipo 1, existen dos trayectorias posibles, ya sea AB o CD. Escrito como una expresión, el éxito del sistema es T ⫽ AB ⫹ CD Expresada como una probabilidad, esta expresión se puede escribir como P 1T2 ⫽ P 1AB 2 ⫹ P 1CD 2 ⫺ P 1AB 2 P 1CD2 donde P 1AB 2 ⫽ P 1A2 P 1B 2 ⫽ 0 .9 ⫻ 0 .9 ⫽ 0 .81 ⫽ P 1CD2 #1 A B T = AB + CD #2 C D A B T = AB + AD + CD + CB C Figura 8.13 D Dos prototipos de un amplificador de dos etapas. 8.4 273 Confiabilidad La coniabilidad total del sistema es P 1T2 ⫽ 0 .81 ⫹ 0 .81 ⫺ 0 .81 ⫻ 0 .81 ⫽ 0 .964 En el caso del prototipo 2, existen cuatros trayectorias posibles: AB o AD o CB o CD. Escritas como una expresión, el éxito del sistema es T ⫽ AB ⫹ AD ⫹ CB ⫹ CD la cual se puede simpliicar como T ⫽ 1A ⫹ C 2 1B ⫹ D 2 [Observe que es necesario simpliicar las expresiones de probabilidad complicadas; de otra forma, es posible que se realice el cálculo de manera incorrecta. Existen dos leyes distributivas que constituyen la base de todas las reglas de simpliicación, a saber: 1X ⫹ Y2 1X ⫹ Z2 ⫽ X ⫹ YZ XY ⫹ XZ ⫽ X 1Y ⫹ Z2 Las demás fórmulas de la tabla 8.6 pueden obtenerse a partir de la sustitución de X por X, Y o Z en las ecuaciones anteriores.] Sustituyendo los valores de las variables se obtiene P 1A ⫹ C 2 ⫽ P 1A2 ⫹ P 1C 2 ⫺ P 1A2 P 1C2 ⫽ 0 .9 ⫹ 0 .9 ⫺ 0 .9 ⫻ 0 .9 ⫽ 0 .99 La coniabilidad total del sistema es P 1T2 ⫽ 0 .99 ⫻ 0 .99 ⫽ 0 .9801 Por lo tanto, el prototipo 2 es el mejor ampliicador con una mayor coniabilidad del sistema. EJEMPLO 8.4 Confiabilidad de un aeroplano de cuatro motores Considere un aeroplano con cuatro motores idénticos pero independientes (vea la igura 8.14). Evidentemente, el aeroplano puede volar con los cuatro motores en funcionamiento, con tres motores cualquiera que éstos sean y también con dos motores, siempre y cuando haya un motor que funcione de cada lado del aeroplano; esto es, dos motores que trabajen en un lado provocarían que el aeroplano sufriera un desequilibrio tal que causaría que éste se impactara. ¿Cuál es la coniabilidad total del aeroplano ya que la de cada motor es de 0.9? Si se escriben todos los posibles escenarios se llega a las expresiones siguientes: 4 motores  ABCD 3 motores  ABC ABD BCD ACD 2 motores  AC AD BC BD T ABCD ABC ABD BCD ACD AC AD BC BD Esta expresión puede simpliicarse. Observe que las tres combinaciones de motores son a veces redundantes en comparación con las de dos motores: AC ABC AC
1 B B 
C D AC De manera similar, la combinación de cuatro motores es redundante con respecto a cualquiera de las combinaciones de dos motores, lo que da como resultado una expresión inal de la coniabilidad del sistema de T AC AD BC BD Esta expresión puede a la vez simpliicarse: T
A 274 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas La probabilidad de cada una de las expresiones entre paréntesis es P
A B P
A P
B P
A  P
B P
T 0 .99 0 .9 0 .9 0 .9 0 .9 0 .99 por lo cual la probabilidad total del sistema es 0 .99 0 .9801 A B C D X X X X T = ABCD + ABC + ABD + BCD + ACD + AC + AD + BC + BD Figura 8.14 Confiabilidad de un aeroplano de cuatro motores. Los ejemplos 8.2 y 8.3 establecen uno de los principios básicos para incrementar la coniabilidad del sistema: aumentar la redundancia agregando componentes en paralelo al componente original. Ello signiica que dos o más componentes u operaciones proporcionan la misma función. Observe que si se requieren dos o más operaciones o componentes con el in de evitar un accidente, dichos elementos están en serie y no ofrecen redundancia. La coniabilidad del sistema puede aumentarse si se incrementa la coniabilidad de los componentes individuales. Si la coniabilidad de cada motor del ejemplo 8.3 se incrementara a 0.99, la coniabilidad total del sistema aumentaría a un valor de 0.9998 en lugar de 0.9801. Sin embargo, observe que existe un compromiso: aumentar la coniabilidad individual de los componentes o incrementar el número de componentes en paralelo necesariamente incrementará el costo del sistema. En un determinado momento, el incremento de los costos no justiicará el aumento marginal de la coniabilidad total del sistema. Esta decisión puede variar considerablemente, pues depende de que el sistema de interés sea un simple producto de consumo en contraste con las líneas aéreas comerciales. A medida que las expresiones booleanas que deinen la coniabilidad del sistema incrementan su nivel de complejidad, el proceso de simpliicación también se puede convertir en algo complejo y tedioso. En ese punto, el uso de los mapas de Karnaugh proporciona una solución deinitiva al problema. El desarrollo de un mapa algebraico booleano es tal que muestra la representación espacial de todos los posibles eventos. Cada uno de éstos representa una ila o una columna en una matriz en forma de rejilla. En su forma más simple, con sólo dos eventos, la matriz es de 2 × 2, donde ambas condiciones (verdadero o falso) de un evento Y se representa a través de ilas, mientras que ambas condiciones de otro evento X se representan a través de columnas (vea la igura 8.15a). Entonces, la expresión X + Y se representa como tres celdas de la matriz (vea la igura 8.15b), la expresión XY como una celda en la matriz (vea la igura 8.15c) y X es una columna vertical debajo de 0 (vea la igura 8.15d). En el caso de existir más eventos, la matriz aumentará de tamaño; por ejemplo, con 4 variables, la matriz tendrá 16 celdas y, con 6 variables, 36 celdas. En el caso de tener más de 6 variables, se diicultará el manejo de la matriz y se tendrá que hacer uso de un método computacional. Asimismo, al tener más términos, la expresión puede escribirse en la forma de una simple suma de productos. Cada término o producto está indicado de manera apropiada en la matriz. Sin lugar a dudas, se presentará una superposición de áreas o celdas que se marcarán varias veces. Una expresión simpliicada se expresa con los grupos de celdas que no se superponen, cada una de las cuales tiene una caracterización única de dichas celdas. Si se lleva a cabo el proceso correctamente, cada grupo es mutuamente excluyente y la suma de las probabilidades de cada grupo es muy directa. Observe que es mejor identiicar las áreas más grandes posibles de tal manera que sea necesario efectuar el menor número posible de operaciones. Dichas áreas consisten de un cierto número de celdas, las cuales están determinadas por las potencias de 2, es decir, 1, 2, 4, 8, etc. Esto se puede demostrar de una mejor manera mediante el ejemplo 8.4, el ejemplo anterior del aeroplano pero utilizando los mapas de Karnaugh. En Brown (1976) se pueden encontrar más detalles acerca de los mapas de Karnaugh. 8.4 a) Ubicación del evento básico _ 0(X) 1(X) Y X _ 0(Y) 1(Y) b) T = X + Y Y Ni X ni Y ocurren X ocurre pero Y no Y ocurre, pero X no Tanto X como Y ocurren 0 X 1 X 0 1 Y XY _ d) T = X c) T = XY Y 275 Confiabilidad 0 X 1 Y 1 0 X 0 0 1 Figura 8.15 Fundamentos de los mapas de Karnaugh. 1 XY EJEMPLO 8.5 Cálculo de la confiabilidad de un aeroplano de cuatro motores mediante mapas de Karnaugh Considere el mismo aeroplano del ejemplo 8.4 con cuatro motores idénticos pero independientes y la expresión del evento T ABCD1 ABC2 ABD3 CDB4 CDA5 AD6 BC7 AC8 BD9 Cada combinación de eventos puede expresarse en una mapa de Karnaugh (vea la igura 8.16a) como lo indican los números. Muchos eventos o áreas se superponen y sólo se debe calcular la probabilidad de los que no lo hacen. En la igura 8.16b se muestran cuatro áreas que no se superponen, aunque podría haber muchas más combinaciones posibles de áreas que no se superponen. En este caso, se seleccionó la combinación más grande posible: una de cuatro celdas, dos de dos celdas y una celda independiente, cuya expresión resultante es T AD1 ACD2 ABC3 ABCD4 con un valor de P
T 
0 .9
0 .09 
0 .9
0 .9 
0 .1 
0 .1 
0 .9 
0 .1 
0 .9 
0 .1 
0 .9 
0 .9  0 .9801 Obviamente, las nueve celdas podrían identiicarse y calcularse de manera individual, pero esa tarea implicaría un esfuerzo mucho mayor. Como se señaló con anterioridad, las áreas mayores se caracterizarán mediante potencias de 2, esto es, 1, 2, 4, 8, etc. Con el in de simpliicar los cálculos aún más, se puede utilizar la lógica invertida para deinir las áreas no marcadas. Después, este valor se le resta a 1 para obtener la probabilidad verdadera del evento de interés (vea la igura 8.16c). T AB1 BCD2 ABCD3 Esto da como resultado una probabilidad de P
T  1 P
T 1
0 .1 
0 .1 
0 .9 
0 .1 
0 .1 
0 .9  y se obtiene el mismo resultado con el uso del método directo.
0 .9 
0 .1 
0 .1  0 .9801 276 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas a) CD AB 00 01 11 10 00 9 369 6 479 2 345 568 01 11 6 789 7 10 1 278 8 11 10 b) CD AB 00 01 00 01 4 1 11 3 2 10 c) CD AB 00 11 2 00 01 01 10 3 1 11 10 Figura 8.16 Confiabilidad de un aeroplano de cuatro motores utilizando los mapas de Karnaugh. 8.5 ANÁLISIS DEL ÁRBOL DE FALLAS Otro método para examinar las secuencias de accidentes o fallas del sistema se basa en el uso del análisis del árbol de fallas. Este enfoque consiste en un proceso deductivo probabilístico que utiliza un modelo gráico de combinaciones de eventos en paralelo y secuenciales, o fallas, que llevan al evento no deseado general, por ejemplo, un accidente. Fue desarrollado por los Laboratorios Bell a principios de los años sesenta para ayudar a la Fuerza Aérea de Estados Unidos a analizar las fallas en los misiles y después lo utilizó la NASA para garantizar la seguridad total del sistema del programa espacial tripulado. Dichos eventos pueden ser de varios tipos e identiicados mediante diferentes símbolos (vea la igura 8.17). En general, existen dos categorías principales: eventos de fallas, que se representan mediante rectángulos, que se pueden expandir más, comenzando por el evento que está 8.5 Análisis del árbol de fallas Evento de una falla que necesita evaluarse más a fondo Evento básico a nivel fundamental que no necesita ningún desarrollo Evento normal que se espera que suceda Evento sin desarrollarse que no tiene consecuencia alguna o no cuenta con información suficiente para desarrollarse más a fondo Compuerta AND que necesita que estén activadas todas las entradas para que se active la salida Compuerta OR que necesita que cualquier entrada esté activada para que se active la salida Figura 8.17 Símbolos utilizados en los árboles de fallas. en la parte superior; y eventos básicos, que se identiican mediante círculos, en la parte inferior del árbol de fallas que no pueden desarrollarse más. De manera formal, también puede haber símbolos en forma de casa que indican que se puede esperar que ocurran eventos “normales” y otros con forma de diamante que indican eventos sin consecuencias u otros con datos insuicientes para analizarse más a detalle. Los eventos se enlazan mediante compuertas que contemplan la misma lógica booleana descrita anteriormente (vea los símbolos de la igura 8.17). Una compuerta AND requiere que todas las entradas estén habilitadas para que la salida lo esté. Una compuerta OR necesita que al menos una de las entradas esté habilitada para que la salida lo esté. Evidentemente, esto implica que varias o todas las entradas también pueden estar habilitadas, pero sólo es necesario que una de ellas lo esté. Asimismo, es útil deinir los eventos de entrada a la compuerta OR para que se abarquen todas las formas posibles en las que el evento de salida pueda ocurrir. También podrían presentarse algunas situaciones en las que puede ser necesario modiicar las compuertas mediante etiquetas que indiquen ciertas situaciones tales como un AND condicional: el evento A debe ocurrir antes de que ocurra el evento B o una OR exclusiva: cualquier evento, el A o el B, debe ocurrir para que se habilite la salida, pero no ambos al mismo tiempo. El primer caso puede resolverse deiniendo la compuerta AND de tal manera que el segundo evento esté condicionado a que suceda el primero, y un tercer evento está condicionado a que los dos primeros sucedan. El segundo caso representa un caso especial de eventos mutuamente excluyentes y se deben manejar como tales. El desarrollo de un árbol de fallas comienza con la identiicación de todos los eventos que se consideren indeseables para la operación normal. Dichos eventos deben separarse en grupos mutuamente excluyentes de acuerdo a la similitud de las causas con un evento a la cabeza de cada grupo. Por ejemplo, en una operación de rectiicado, pueden existir varios eventos de falla mutuamente excluyentes que conduzcan a diferentes eventos o accidentes principales: la caída de rebaba en un ojo, que una chispa proveniente de la máquina rectiicadora provoque un incendio, que el operador pierda el control del fundido mientras lo empuja y que el rectiicador dañe sus dedos, etc. Posteriormente, se establecen las relaciones entre los diferentes eventos causales y principales a través de la combinación de compuertas AND y OR. Este proceso continúa hasta que se llega a los eventos de fallas básicos, los cuales no se pueden desarrollar con más detalle. Después, se asignan probabilidades a cada uno de los eventos básicos y se calcula una probabilidad general del evento principal mediante el uso de expresiones AND y OR. En la etapa inal, se prueban los controles apropiados junto con la 277 278 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas reducción calculada de las probabilidades, lo cual lleva a la reducción de la probabilidad del evento superior inal. En la igura 8.6 se muestra un simple análisis de árbol de fallas. Evidentemente, tiene que tomarse en cuenta el costo de estos controles o modiicaciones, punto que se analizará mediante el análisis costo-beneicio en la siguiente sección. EJEMPLO 8.6 Análisis de árbol de fallas de un incendio En el área de rectiicación de Dorben Co. han sucedido incendios relativamente menores que se han controlado con rapidez. Sin embargo, la preocupación de la compañía es que un incendio pueda salirse de control e incendiar toda la planta. Una manera de analizar el problema es el empleo del método del árbol de fallas donde el incendio mayor represente el evento principal. Existen tres requisitos (bueno, en realidad, cuatro, pero no tome en cuenta el oxígeno pues está en todas partes): 1) material combustible con una probabilidad de 0.8, 2) una fuente de encendido y 3) la probabilidad de que un incendio pequeño salga de control con un valor de 0.1. Pueden haber varias fuentes de fuego: 1) un operador que fuma a pesar del aviso de “No fumar”, 2) chispas provenientes de la rueda de rectiicado y 3) un cortocircuito eléctrico en la rectiicadora. La compañía calcula que estos eventos tienen probabilidades de ocurrencia con valores de 0.01, 0.05 y 0.02, respectivamente. Todos los eventos del primer conjunto son necesarios y, por lo tanto, están conectados mediante una compuerta AND. Observe que el segundo evento está condicionado al primero, y el tercero a los primeros dos eventos. Para el conjunto de eventos del encendido, cualquier entrada es suiciente para que éste ocurra y, por lo tanto, los eventos están conectados mediante una compuerta OR. En la igura 8.18a se muestra un árbol de fallas completo. Un método alterno sería dibujar una secuencia de eventos, similar a los componentes de un producto o las operaciones de un sistema, como se muestra en la igura 8.18b. Los tres eventos principales ⎯combustible, encendido y estar fuera de control⎯, se dibujan en serie, puesto que la trayectoria debe pasar a través de los tres para que se incendie la planta. Las fuentes de ignición se pueden considerar como si estuvieran conectadas en paralelo, puesto que la trayectoria sólo tiene que pasar a través de cualquiera de ellas para que se presente la ignición. La expresión del evento superior inal o éxito del sistema (en este caso, el incendio de la planta no debería considerarse un éxito, pero ése es el término general que se utiliza en un sistema) es T ⫽ ABC donde B = B1 + B2 + B3. Las probabilidades se calculan como P 1B 2 ⫽ 1 ⫺ 3 1 ⫺ P 1B12 4 3 1 ⫺ P 1B2 2 4 3 1 ⫺ P 1B3 2 4 ⫽ 1 ⫺ 11 ⫺ 0.01 2 11 ⫺ 0.05 2 11 ⫺ 0.022 ⫽ 0.0783 P 1T2 ⫽ P 1A2 P 1B 2P 1C2 ⫽ 10 .8 2 10 .07832 10 .1 2 ⫽ 0 .0063 Por lo tanto, hay una probabilidad de alrededor de 0.6% de que se incendie la planta. A pesar de la probabilidad relativamente baja, la compañía aún desea reducirla. Las chispas son una parte natural del rectiicado y los cortocircuitos son imposibles de predecir. Así que ninguno de éstos representa una forma probable de medidas de control. Dos métodos más razonables serían obligar el cumplimiento de “No fumar” con el severo castigo de despido inmediato. Sin embargo, incluso si la probabilidad de fumar se redujera a cero, la probabilidad general resultante sería todavía de 0.0055 con una reducción de sólo 12%. Esto no justiicaría la antipatía de los trabajadores por los severos castigos. Por otro lado, la remoción de combustibles innecesarios, quizá trapos grasosos, del área de rectiicado reducirían la probabilidad de 0.8 a 0.1. No podría reducirse totalmente a cero debido a que aún puede haber trozos de madera de embarque para los fundidos. En este caso, la probabilidad general resultante sería de 0.00078, la cual es una reducción en un factor de 10 y probablemente sea más eiciente desde el punto de vista económico. 8.5 Análisis del árbol de fallas La planta se incendia Ignición B Combustibles Incendio fuera de control A C Humos B1 Chispas Cortocircuito B2 B3 a) B B1 Humos C A B2 Combustibles Chispas Incendio fuera de control B3 Cortocircuito b) Figura 8.18 a) Árbol de falla de un incendio en la fábrica de molido. b) Método del componente aplicado a un incendio en la fábrica de molido. ANÁLISIS COSTO-BENEFICIO Como se mencionó en la sección anterior, un árbol de fallas resulta de mucha utilidad para estudiar los problemas de seguridad y para comprender las contribuciones relativas de las diferentes causas del evento principal. Sin embargo, para que este método sea realmente eicaz, es necesario considerar los costos de cualquier control o modiicación al sistema o al lugar de trabajo, lo que proporciona la base del análisis costo-beneicio. La parte relativa al costo es fácil de comprender; es simplemente el dinero que se debe invertir para remozar una vieja máquina, comprar una nueva máquina o un 279 280 CAPÍTULO 8 Tabla 8.8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas Ejemplo de costos esperados de una lesión en la prensa Severidad Primeros auxilios Incapacidad total temporal Incapacidad parcial permanente Incapacidad total permanente Costo Probabilidad 100 1 000 50 000 500 000 0.515 0.450 0.040 0.015 Costo esperado 51.50 450.00 2 000.00 7 500.00 10 001.50 dispositivo de seguridad o capacitar a los trabajadores acerca de un método más seguro, ya sea que se realice en un solo pago o se prorratee a lo largo de un determinado periodo. El beneicio que se obtiene es un poco más difícil de comprender debido a que típicamente representa una reducción de los costos de accidentes o en pérdida de producción o dinero ahorrado en lesiones menores y gastos médicos a lo largo de un cierto periodo. Por ejemplo, considere los costos médicos asociados con las lesiones de una prensa de 200 toneladas reunidas a los largo de un periodo de 5 años (vea la tabla 8.8). Los niveles de severidad están basados en las categorías de indemnización de los trabajadores (vea la sección 8.6) y los costos y probabilidades se obtienen a partir de los registros médicos de la compañía. Los grados de severidad luctúan desde una laceración en la piel relativamente menor, la cual es tratable mediante la aplicación de los primeros auxilios, hasta lesiones parciales permanentes, tales como la amputación de una mano, la inhabilitación total permanente a partir de lesiones de golpes mayores o inclusive la muerte. Los costos totales esperados de una lesión cuando se utiliza la prensa se pueden calcular mediante la suma de los costos esperados de cada nivel de severidad de la lesión con base en el producto de los costos respectivos y la proporción de cada tipo de lesión. Este costo total esperado resultante, de aproximadamente 10 000 dólares, multiplicado por la probabilidad del evento principal da una medida de la criticidad asociada al uso de una prensa. Observe que este criticidad se expresa por lo general en relación con un determinado tiempo de exposición (por ejemplo, 20 000 horas/trabajador) o cierta cantidad de producción. La parte beneiciosa del análisis costo-beneicio es una reducción de esta criticidad, la cual se obtiene a partir de la reducción de la probabilidad del evento principal o de la severidad y los costos resultantes de cualquier lesión. El ejemplo 8.7 muestra el uso del análisis costo-beneicio para implantar el rediseño adecuado de un molino de café con el in de evitar las lesiones en los dedos. En Bahr (1997), Brown (1976), Cox (1998) y Ericson (2005) se puede encontrar información más detallada acerca de los análisis de árbol de fallas y costo-beneicio. EJEMPLO 8.7 Análisis de árbol de fallas y de costo-beneficio de las laceraciones en los dedos producidas por la molienda de café Con el aumento de la popularidad de cafés especializados, un gran número de consumidores han comprado molinos de café con la inalidad de moler sus propios granos para obtener un producto más fresco. Como resultado, se ha presentado un aumento de laceraciones en los dedos producidas por la navaja del rotor debido a la activación descuidada del aparato mientras los dedos del usuario se encuentran dentro del molino. En el árbol de fallas de la igura 8.19 se muestran algunos factores que posiblemente contribuyan a la aparición de estos accidentes y lesiones. Lo anterior supone un simple molino de café con un interruptor en su parte lateral para activar el rotor. Yendo hacia abajo a partir del evento superior, el rotor debe estar en movimiento y el dedo en la trayectoria del rotor, formando una compuerta AND. Las razones por las que el dedo está en la trayectoria del rotor, ya sea para quitar los asientos de café o para limpiar el contenedor, podrían ser variadas y, en este ejemplo, no se desarrollarán más a detalle. Para que el rotor se ponga en movimiento, la alimentación eléctrica debe conectarse y cerrarse el circuito, lo cual representa una compuerta AND. El circuito podría cerrarse de manera normal o anormal, lo cual indica una compuerta OR. Observe que, en cualquiera de los escenarios, se presupone que el dedo se encuentra dentro del contenedor y sobre la trayectoria del rotor. El cierre normal podría también incluir la posibilidad de que el interruptor falle en la posición de cerrado o que se haya ensamblado en una posición cerrada, esto es, para formar, de nuevo, una compuerta OR. El cierre anormal podría deberse a una gran cantidad de condiciones: un cable roto, 8.5 Análisis del árbol de fallas un cableado incorrecto, desechos de cables o la presencia de agua en el contenedor, de las cuales sólo es necesario que se presente una para que el circuito se cierre o se ponga en corto, lo cual indica una compuerta OR. Las probabilidades calculadas son las siguientes: P 1C1 2 ⫽ 1 ⫺ 11 ⫺ 0 .001 2 11 ⫺ 0 .012 11 ⫺ 0 .001 2 11 ⫺ 0 .01 2 ⫽ 0 .0199 P 1C2 2 ⫽ 1 ⫺ 11 ⫺ 0 .001 2 11 ⫺ 0 .012 11 ⫺ 0 .001 2 ⫽ 0 .1 B ⫽ C1 ⫹ C2 P 1B2 ⫽ 1 ⫺ 11 ⫺ 0 .0199 2 11 ⫺ 0 .1 2 ⫽ 0 .12 P 1A 2 ⫽ P 1B2 112 ⫽ 0 .12 P 1H 2 ⫽ P 1A2 10 .2 2 ⫽ 0 .12 10 .2 2 ⫽ 0 .024 Suponiendo que el costo esperado de 200 dólares por concepto de las lesiones en un dedo que varíen desde una laceración simple hasta la amputación total (que se desarrolla de manera similar a como se muestra en la tabla 8.8), la criticidad resultante C de una lesión en el dedo en el molino de café es, por lo tanto, C ⫽ P 1H 2 1$200 2 ⫽ 10 .024 2 1200 2 ⫽ $4 .80 Ahora viene una parte interesante que consiste en el análisis de los diseños alternos y de las medidas de seguridad, con la inalidad de reducir la probabilidad de incurrir en una lesión en los dedos. Un rediseño obvio que se implanta en la mayoría de los molinos consiste en el uso de un interruptor de interconexión en la cubierta (los dispositivos de interconexión se analizan con mayor detalle en la sección 8.8). La premisa principal es que el dedo no puede estar dentro del tazón al mismo tiempo El rotor corta los dedos (H) Rotor en movimiento (A) Alimentación conectada (1) El dedo en la trayectoria del motor (0.2) Circuito cerrado (B) Interruptor cerrado (C2) Cerrado anormal (C1) Desechos conductores (0.01) Figura 8.19 Fallas en la posición cerrada (0.001) Cableado incorrecto (0.001) Cable roto (0.001) Humedad en la trayectoria (0.01) Interruptor cerrado normalmente (0.1) Interruptor ensamblado cerrado (0.001) Árbol de fallas de una lesión en los dedos al usar un molino de café. 281 282 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas que se activa el interruptor. Esta precaución reduce la probabilidad “de que el interruptor esté normalmente cerrado” de 0.1 a 0.0. Sin embargo, los demás modos de falla aún pueden ocurrir y la probabilidad del evento principal no irá completamente a 0.0, sino que se reduce a 0.0048, con una nueva criticidad de 0.96 dólares. La reducción resultante de las criticidades de 4.80 dólares a 0.96 representa un beneicio de 3.84 dólares. Sin embargo, existe un costo asociado incrementado de aproximadamente 1 dólar por molino para insertar un interruptor en la cubierta del aparato contra el interruptor más sencillo colocado en su parte lateral. Por lo tanto, la razón costo-beneicio (C/B) es C>B ⫽ $1 .00>$3 .84 ⫽ 0 .26 Un método alterno y más barato podría consistir en colocar una etiqueta con una advertencia en la parte lateral del molino de café que dijera: “Siempre desconecte la alimentación antes de quitar el café o limpiar el tazón” a un costo mínimo de 0.10 por aparato. La probabilidad de un evento “alimentación conectada” se reduciría quizás a 0.3, pero no hasta un valor de 0.0, debido a que es muy probable que los consumidores olviden o hagan caso omiso del aviso de advertencia. La probabilidad resultante del evento principal se reduce a 0.0072 y la criticidad a 1.44 dólares. El nuevo beneicio es de 3.36 dólares, lo cual nos da una razón costo-beneicio de C>B ⫽ $0 .10>$3 .36 ⫽ 0 .03 Este método, de manera supericial, parece ser mucho mejor desde el punto de vista costo-beneicio. Sin embargo, es posible que la probabilidad de que “la alimentación esté conectada” sea muy impredecible, ya que la mayoría de los consumidores podrían olvidar desconectarla antes de colocar el tazón. Por lo tanto, este enfoque no representa la solución más idónea. Observe que si se aplicara una cantidad de 1 dólar adicional a cada molino por concepto de control de calidad para arreglar todos los errores de cableado y del interruptor antes del embarque, y se redujese cada una de dichas probabilidades a 0.0, la relación costo-beneicio resultante de 1.25 es mucho mayor que la instalación del interruptor de interconexión sobre la cubierta. 8.6 LEGISLACIÓN SOBRE SEGURIDAD E INDEMNIZACIÓN DE LOS TRABAJADORES FUNDAMENTOS Y TERMINOLOGÍA En Estados Unidos, la legislación en cuanto a seguridad, así como el resto del sistema legal, se basa en una combinación de la ley común, la ley escrita y la ley administrativa. La ley común se deriva a partir de costumbres no escritas y de uso típico en Inglaterra, pero adecuada e interpretada por las cortes a través de las decisiones judiciales. La ley escrita es una ley promulgada por los legisladores y promovida por la rama ejecutiva. La ley administrativa la establece la rama ejecutiva o las dependencias de gobierno. Sin embargo, puesto que la ley común se aplicó en primera instancia, una gran cantidad de términos y principios legales usuales en Estados Unidos se derivan de ella. Por lo tanto, los antiguos términos amo, esclavo y extraño inalmente se convirtieron en empleador, empleado e invitado o visitante, respectivamente. La responsabilidad es la obligación de proporcionar una indemnización por los daños y las lesiones, mientras que la responsabilidad estricta es un nivel más elevado de responsabilidad, en el que el demandante necesita demostrar la negligencia o falta. El demandante es la persona, por lo general la afectada, que da origen a una demanda en un tribunal. El acusado es la entidad que deiende la demanda, típicamente una empresa o el fabricante de un producto. La negligencia es la falta de aplicación del suiciente cuidado con el in de evitar una lesión. Dentro de las formas de mayor grado de negligencia se encuentran la negligencia bruta, en donde no se tuvo ni siquiera un mínimo cuidado para evitar la lesión y la negligencia per se, cuya demostración no requiere de ninguna prueba. Cualquier indemnización resultante hacia el demandante se ubica en dos categorías: daños compensatorios para sufragar costos médicos, pérdida de salario y otras pérdidas directas por parte del demandante, y daños punitivos, en forma de cantidades adicionales de dinero especíicamente cuantiicadas para castigar al acusado. 8.6 Legislación sobre seguridad e indemnización de los trabajadores De acuerdo con el sistema legal inglés y, posteriormente, con la ley escrita, el empleador tenía la obligación legal de ofrecer un lugar de trabajo seguro, proteger a los empleados de lesiones y pagar por daños y lesiones que pudieran ocurrir si el empleador no cumplía con dichas obligaciones, las que eran extensibles a los clientes y al público en general, es decir, personas que visitaran el lugar de trabajo. Sin embargo, en la práctica, dichas obligaciones legales no tuvieron mucho peso como carga de la prueba que recaía en el trabajador para demostrar en el tribunal que la negligencia de su empleador había sido la única causa de su lesión. Varios factores hicieron especialmente difícil que el empleado demostrara su caso. En primer lugar, la doctrina de privacidad requería de una relación directa, en forma de un contrato, entre las dos partes contendientes. Por lo tanto, cualquier trabajador que no contara con un contrato directo con el empleador seguramente tendría muy poca probabilidad de tener éxito en su demanda. En segundo lugar, el concepto de suposición de riesgo implicaba que un trabajador que estuviera consciente de los riesgos laborales, pero que continuara trabajando, asumía los riesgos y no podía solicitar que le cubrieran los daños en caso de lesión a pesar de que no hubiese sido su culpa. En tercer lugar, la negligencia de un compañero o la imprudencia propia limitaba de una manera signiicativa el caso del trabajador. Por último, siempre existía miedo por parte del empleado y de sus compañeros de perder el trabajo, lo cual restringía las acciones legales en contra de los empleadores. Además, cualquier acción legal tomaba una gran cantidad de tiempo, que retrasaba la indemnización necesaria para gastos médicos y traía como consecuencia una indemnización relativamente insuiciente, pues una gran parte del dinero terminaba en manos de los abogados que llevaban el caso. Como consecuencia, surgieron demandas para legislar la indemnización de los trabajadores que corregirían dichas inequidades y obligarían a los empleadores a tomar medidas correctivas para salvaguardar a sus empleados. INDEMNIZACIÓN DE LOS TRABAJADORES En Estados Unidos, las leyes de indemnización de los trabajadores fueron promulgadas en 1908 para proteger a los empleados federales y, inalmente, fueron sancionadas en los 50 estados y territorios de la Unión Americana. Dichas leyes operaban bajo el principio general de recompensar a los trabajadores a través de proporcionarles gastos médicos y salarios caídos sin que esto estableciese la culpa. Típicamente, se ijaban cantidades de dinero que se debían pagar para determinadas condiciones y ocupaciones, las cuales podían variar de estado a estado. Aproximadamente estaba cubierto 80% de la fuerza de trabajo de Estados Unidos, con algunas excepciones: los trabajadores del campo independientes, empleados domésticos, algunas organizaciones altruistas, trabajadores ferrocarrileros y marítimos y pequeños contratistas independientes. Con el in de garantizar que los beneicios de los trabajadores se diluyeran si el empleado caía en bancarrota, se requería que las compañías obtuvieran un seguro, lo cual podía llevarse a cabo de manera exclusiva a través de fondos estatales establecidos para este propósito o a través de la competencia entre compañías de seguros privadas. En algunos casos, las grandes compañías o entidades inancieramente sólidas podían asegurarse a sí mismas. Existen tres requisitos principales para que un trabajador reclame su indemnización: 1. 2. 3. Que la lesión sea el resultado de un accidente. Que la lesión pueda haber ocurrido fuera del trabajo. Que la lesión se haya presentado durante el curso del trabajo. Dentro de las lesiones que no se consideran accidentes se encuentran aquellas provocadas por intoxicación, por el trabajador mismo o las que fueron generadas por una rencilla. Tampoco estaba cubierto cualquier problema de salud que se pudiera presentar de manera normal, como un ataque al corazón, a menos que el trabajo se considerara demasiado estresante como para pensar que hubiese contribuido a que se presentara el ataque. Las lesiones que se producen fuera del trabajo se aplican al trabajo asignado por parte del supervisor o a tareas que normalmente se esperan de dicho empleado. Una típica excepción que podía anular la indemnización es la realización de “trabajo para el gobierno” o el uso del equipo de la compañía con ines personales. Las lesiones que se sufren durante el desempeño del trabajo se aplican a horas de trabajo regulares y no al tiempo que le toma al trabajador en ir al trabajo y regresar a su casa, a menos que la compañía ofrezca el servicio de transporte a sus empleados. 283 284 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas Tabla 8.9 Calendario de la indemnización por pérdida de extremidades (en semanas) por incapacidad parcial permanente Amputación o 100% de pérdida de uso Brazo Pierna Mano Pie Ojo Dedo pulgar Primer dedo (meñique) Dedo grande del pie (otro) Oído: una oreja (ambas) Federal 312 288 244 205 160 75 46 (15) 38 (16) 52 (200) Pennsylvania 410 410 325 250 275 100 50 (28) 40 (16) 60 (260) Por lo general, las indemnizaciones para los trabajadores se dividen en cuatro categorías de incapacidad: 1) parcialmente temporal, 2) total temporal, 3) parcial permanente y 4) permanente total. Las incapacidades parciales temporales se presentan cuando el trabajador se lesiona levemente y se espera que se recupere de manera total. El trabajador aún puede llevar a cabo la mayoría de sus deberes, pero se le puede descontar tiempo perdido o salario. Las incapacidades totales temporales son aquellas en las que el trabajador es incapaz de llevar a cabo su trabajo por un tiempo limitado, pero se espera que se pueda recuperar totalmente. En esta categoría se encasilla la mayoría de los casos de indemnización laboral. Las incapacidades parciales permanentes se otorgan cuando el trabajador no se recupera totalmente de las lesiones pero aún puede llevar a cabo su trabajo. Esta categoría, que representa la mayor parte de los costos de compensación laboral, se divide en lesiones programadas y no programadas. Una lesión programada recibe un pago especíico por un tiempo determinado de acuerdo con un calendario, como se muestra en la igura 8.9. Observe que puede haber diferencias considerables de estado a estado con respecto a los pagos, como es el caso entre trabajadores federales y los del estado de Pennsylvania. Una lesión no programada es de naturaleza menos especíica, como el deterioro de alguna parte del cuerpo, y los pagos se prorratean como una lesión programada. Las incapacidades totales permanentes son lo suicientemente serias para provocar que el empleado trabaje en un empleo regular. De nuevo, pueden existir diferencias considerables en cuanto a lo que constituye la incapacidad total, pero en muchos estados la gravedad se determina en función de si perdió la vista en ambos ojos o ambos brazos o piernas. Aproximadamente en la mitad de los estados, la indemnización abarca la duración de la incapacidad o es de por vida. En la otra mitad, la duración está limitada a 500 semanas. La indemnización representa un porcentaje de las percepciones, que en la mayoría de los casos es de alrededor de dos tercios de las mismas. En caso de muerte del trabajador, los beneicios se pagan a la viuda de por vida o hasta que se vuelva a casar y a los hijos hasta los 18 años o hasta que termine el máximo periodo de pagos (por ejemplo, 500 semanas). Según los estados, también pueden existir otras condiciones importantes. En algunos casos, las compañías pueden solicitar al trabajador lesionado que consulte a un médico de la compañía y que realice un trabajo más ligero. Si el trabajador se opone, los beneicios de la indemnización terminan en ese momento. Sin embargo, en la mayoría de las instancias, los casos de indemnización de los trabajadores se establecen rápida y amigablemente y el trabajador llega a un acuerdo. En algunas situaciones, el caso puede ser resuelto directamente entre el empleado y la empresa o a través del sistema legal de indemnizaciones de los trabajadores. Desde el punto de vista del trabajador, es generalmente un compromiso conveniente: él o ella acepta una indemnización garantizada menor en lugar de la opción incierta de demandar al empleador por negligencia. Sin embargo, el trabajador no cede los derechos de demandar a una tercera instancia, tales como el fabricante de equipo con fallas o herramientas defectuosas, al arquitecto o contratista de una construcción mal hecha o aun una dependencia inspectora que haya certiicado la seguridad de un ediicio o maquinaria. Desde la perspectiva de la compañía, es importante tratar de reducir los costos de indemnización de los trabajadores lo más posible. Este objetivo se puede lograr a través de una gran cantidad de formas. La primera, y la más importante, mediante la implantación de un programa de seguridad para reducir los riesgos en el lugar de trabajo y el entrenamiento de los operadores respecto de los procedimientos de seguridad apropiados. En segundo lugar, e igualmente importante, implantar un 8.7 Seguridad ocupacional y administración de la salud (OSHA) programa de administración médica. Este recurso signiica contratar a una buena enfermera ocupacional y seleccionar a un médico local reconocido para que visite la planta y tenga una idea de los diferentes trabajos que en ella se realizan. Estas visitas ayudan a emitir diagnósticos apropiados y a asignar trabajos ligeros a los empleados. También es muy importante que los empleados lesionados regresen a su trabajo lo más pronto posible, aun si sólo es para realizar un trabajo ligero. En tercer lugar, revisar la clasiicación del empleo de cada operario con base en el trabajo que realiza. No tiene sentido hacer una mala clasiicación que genere aumento de recompensas, por ejemplo, un empleado de oicina que no puede funcionar como operador de una rectiicadora. En cuarto lugar, llevar a cabo una auditoría minuciosa de la nómina. El tiempo extra se toma como una indemnización de tiempo para los trabajadores. Por lo tanto, los salarios duplicados por tiempo extra de 20 dólares la hora inlarán de manera signiicativa los costos de la compañía en comparación con los costos normales de 10 dólares la hora. En quinto lugar, comparar el seguro individual y los diferentes programas de seguro en grupo para identiicar cuál es el menos costoso y usar un deducible. En sexto lugar, veriicar la razón de comodidad con frecuencia, es decir, la relación de las pérdidas reales y las esperadas de empleadores similares a los que se les asigna un promedio de 1.00. Mediante la implantación de un buen programa de seguridad y de reducción de accidentes, lesiones y, en consecuencia, las demandas de indemnización de los trabajadores, la relación de moda se reducirá de manera signiicativa. Una relación de comodidad de 0.85 signiica 15% de ahorros en incentivos. A través de una administración apropiada, se pueden controlar los costos asociados con las indemnizaciones de los trabajadores. 8.7 SEGURIDAD OCUPACIONAL Y ADMINISTRACIÓN DE LA SALUD (OSHA) LEY DE LA OSHA La Ley de Seguridad y Salud Ocupacional de 1970 fue aprobada por el Congreso de Estados Unidos “para garantizar en la medida de lo posible a cada trabajador o trabajadora de la nación condiciones de trabajo seguras y saludables y para preservar los recursos humanos”. En el marco de esta ley, la Administración de la Salud y Seguridad Ocupacional se creó para 1. 2. 3. 4. 5. Incentivar a los empleadores y empleados para que reduzcan los riesgos en el lugar de trabajo e implanten programas de salud y seguridad nuevos o mejorar los ya existentes. Establecer “responsabilidades y derechos separados pero dependientes” para los empleadores y empleados por el logro de mejores condiciones de salud y seguridad. Establecer y conservar un sistema de reporte y mantenimiento de registros con el in de supervisar las lesiones y enfermedades relacionadas con el trabajo. Desarrollar estándares obligatorios de salud y seguridad en el trabajo y hacer que efectivamente se cumplan. Promover el desarrollo, análisis, evaluación y aprobación de programas estatales de salud y seguridad ocupacional. Como la ley puede afectar en gran medida el diseño del lugar de trabajo, los analistas de métodos deben tener conocimiento respecto de los detalles de la misma. La cláusula de deberes generales de la ley establece que cada empleador “debe proveer de un lugar de trabajo que esté libre de riesgos reconocibles que causen o puedan causar la muerte o un daño físico serio a los trabajadores”. Además, establece que es responsabilidad de las empresas familiarizarse con los estándares aplicables a sus establecimientos y asegurarse de que los empleados cuenten con y utilicen equipo de protección personal y accesorios de seguridad. Los estándares de las OSHA están divididos en cuatro categorías: industria en general, marítima, construcción y agricultura. Todos ellos son publicados en el Registro Federal, el cual está disponible en la mayoría de las bibliotecas públicas, en un libro independiente acerca de regulaciones (OSHA, 1997), y en Internet (http://www.osha.gov/). La OSHA puede comenzar los procedimientos para establecer estándares bajo su propia iniciativa o con base en peticiones de la Secretaría de Salud 285 286 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas y Servicios Humanos (HHS), el Instituto Nacional de Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH), los gobiernos estatales y locales, organizaciones reconocidas a nivel nacional que generan estándares, como por ejemplo la ASME, y representantes de empresas o trabajadores. De estos grupos, la NIOSH, una dependencia del HHS, trabaja muy activamente en la generación de recomendaciones para desarrollar estándares. Lleva a cabo investigaciones acerca de diferentes problemas de salud y seguridad y proporciona una gran ayuda técnica a la OSHA. De especial importancia son las investigaciones acerca de sustancias tóxicas realizadas por el NIOSH y el desarrollo de criterios para el uso de dichas sustancias en el lugar de trabajo. La OSHA también proporciona servicios de consulta en el sitio sin ningún costo a los empleadores en los 50 estados. Este servicio se encuentra disponible por pedido y se le da prioridad a los pequeños negocios, los cuales son los que tienen la menor posibilidad de invertir en consultores del sector privado. Estos consultores les ayudan a identiicar las condiciones de alto riesgo y a determinar las medidas correctivas a tomar. Un listado de dichos consultores puede encontrarse en la página de Internet de la OSHA (http://www.osha.gov/dcsp/smallbusiness/consult_directory.html). El acta también dispone que los empleadores con 11 o más empleados mantengan registros de las lesiones y enfermedades ocupacionales en el registro 300 de la OSHA. Una lesión ocupacional se deine como “cualquier lesión como una cortada, una fractura, una torcedura o una amputación que sea consecuencia de un accidente relacionado con el trabajo o de la exposición a un solo accidente en el ambiente de trabajo”. Una enfermedad ocupacional es “cualquier condición anormal o desorden, que no sea resultado de una lesión ocupacional, provocada por la exposición a factores ambientales asociados con el empleo”. Las enfermedades ocupacionales incluyen las enfermedades agudas y crónicas que puedan ser causadas por la inhalación, absorción, ingestión o contacto directo con sustancias tóxicas o agentes dañinos. Especíicamente, éstas deben registrarse si traen como consecuencia la muerte, la pérdida de uno o más días de trabajo, la restricción del movimiento o incapacidad para realizar el trabajo que se ha realizado, la pérdida de conciencia, la transferencia a otro trabajo o el tratamiento médico a excepción de los primeros auxilios. INSPECCIONES DEL LUGAR DE TRABAJO Para hacer cumplir sus estándares, la OSHA está autorizada para llevar a cabo inspecciones en el lugar de trabajo. Como consecuencia, cada uno de los establecimientos incluidos en la ley está sujeto a inspecciones por parte de los funcionarios de salud y seguridad de la OSHA. La norma establece que “una vez que presente las credenciales apropiadas al propietario, operador o persona a cargo”, el funcionario de la OSHA está autorizado a ingresar sin ningún retraso a cualquier fábrica o lugar de trabajo con el in de inspeccionar las condiciones, equipo y materiales pertinentes en el sitio y solicitar información de parte del empleador, operador y empleados. Las inspecciones, con algunas excepciones, se llevan a cabo sin previo aviso. De hecho, poner en alerta con anticipación a un empleador respecto a una inspección es motivo de una multa de hasta 1 000 dólares y/o 6 meses de cárcel. Dentro de las circunstancias especiales en las cuales la OSHA puede avisar que va a efectuar una inspección a un determinado empleador son aquellas en donde 1. 2. 3. 4. Existe una situación de peligro inminente que requiere ser corregido a la brevedad posible. Las inspecciones necesiten de una preparación especial o deban llevarse a cabo fuera de las horas regulares de trabajo. El aviso con antelación garantice que los representantes del empleador y de los empleados u otro personal se encuentre presente. El director de área de la OSHA determine que el hecho de avisar con antelación dé lugar a una inspección más minuciosa y eicaz. Durante la inspección, si detecta una situación de peligro inminente, el funcionario le debe pedir al empleador que reduzca el riesgo de manera voluntaria y que se encargue de evitar que sus empleados se expongan a ella. Se debe anunciar la condición de peligro inminente a todos los empleados. Antes de que el inspector abandone las instalaciones, debe notiicar el riesgo a todos los empleados afectados. En el momento de la inspección, se le pide al empleador que seleccione un representante para que haga compañía al funcionario durante toda la inspección. También se le da la oportunidad a un 8.7 Seguridad ocupacional y administración de la salud (OSHA) representante autorizado de los empleados de asistir a la conferencia de apertura y de acompañar al funcionario de la OSHA durante todo el recorrido de la inspección. En las fábricas donde hay sindicato, éste normalmente designa a un representante para que acompañe al funcionario de la OSHA. En ninguna circunstancia el empleador podrá seleccionar al representante de los empleados en una inspección. La ley no requiere la presencia de un representante de los empleados en cada inspección; sin embargo, donde éste no existe, el funcionario deberá consultar a un número razonable de miembros del personal sobre las cuestiones de salud y seguridad en el lugar de trabajo. Una vez que se ha realizado el recorrido de la inspección, se lleva a cabo una conferencia de clausura entre el funcionario de la OSHA y el empleador o su representante. Posteriormente, dicho funcionario reporta lo que inspeccionó a la oicina de la OSHA y el director de área determina qué menciones, si es que las hay, se realizarán y qué penalizaciones, si las hubo, se propondrán. MENCIONES Mediante las menciones, se informa al empleador y a los empleados acerca de las regulaciones y estándares que se presume que se han violado y de los tiempos establecidos para su eliminación. El empleador recibirá menciones y notiicaciones acerca de las sanciones propuestas a través de correo certiicado. El empleador deberá colocar una copia de cada mención cerca o en el lugar donde ocurrió la violación por un lapso de tres días o hasta que ésta se elimine, lo que lleve más tiempo. El funcionario de la OSHA tiene autoridad para emitir menciones en el lugar de trabajo, después de que se ha llevado a cabo la conferencia de cierre. Para este in, primero debe comentar cada una de las presuntas violaciones con el director de área y recibir autorización para generar las menciones. Los seis tipos de violaciones que pueden mencionarse así como las sanciones que pueden imponerse, son las siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Mínima (sin sanción). Este tipo de violación no tiene una relación directa con la seguridad o la salud, por ejemplo, el número de sanitarios. Violación no seria. Este tipo de violación guarda una directa relación con la seguridad y la salud, pero, probablemente, no sea causa de muerte o un daño físico serio. Es válido proponer una sanción de hasta 7 000 dólares por cada violación. Una sanción por motivo de la comisión de una violación no seria puede reducirse considerablemente según la buena fe del empleador (hechos demostrables orientados a cumplir con el acta), su historial de violaciones anteriores y el tamaño del negocio. Violación seria. Esta violación implica una probabilidad considerable de que se provoque una muerte o un daño serio, a partir de un peligro del cual el empleador tenía o debería tener conocimiento. La multa obligatoria asciende a una cantidad de hasta 7 000 dólares por cada violación. Violación deliberada. Ésta es una violación que comete el empleador de manera intencional y a sabiendas, ya sea que sepa que sus acciones constituyen una violación o que esté consciente de que existe una condición de peligro y no ha realizado ningún esfuerzo tendiente a eliminarlo. Las sanciones pueden ascender hasta una cantidad de 70 000 dólares por cada violación deliberada. Si una empresa es declarada culpable de la comisión de una violación deliberada que ha dado como consecuencia la muerte de un empleado, el responsable puede ser encarcelado por un periodo de hasta 6 meses. Si se le declara culpable una segunda vez, las sanciones máximas se duplican. Violación repetida. Una violación repetida ocurre cuando se detecta una violación a cualquier estándar, regulación, regla u orden cuando se vuelve a inspeccionar y se encuentra otra violación de la sección citada anteriormente. Si en la segunda inspección, se encuentra una violación del estándar, regulación, regla u orden mencionados anteriormente, pero involucra otro equipo o una ubicación diferente en el establecimiento o lugar de trabajo, se puede considerar como una violación repetida. Cada violación repetida puede hacerse acreedora a una multa de hasta 70 000 dólares. Si se encuentra que hay culpabilidad en un procedimiento penal, se puede imponer hasta un periodo de 6 meses de cárcel y una multa de hasta 250 000 dólares por una persona, mientras que en el caso de una corporación, la suma puede ascender a 500 000 dólares. Peligro inminente. Ésta es una situación en la que se cuenta con una certidumbre razonable de que existe un peligro que se puede esperar que cause muertes o daños físicos serios ya sea 287 288 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas inmediatamente o antes de que el peligro pueda eliminarse a través de procedimientos normales de aplicación. Una violación que genere un peligro inminente puede provocar el cese de operaciones o, inclusive, el cierre total de la planta. Otras violaciones que pueden dar pie a menciones y sanciones propuestas son las siguientes: 1. 2. 3. 4. La falsiicación de registros, reportes y aplicaciones acerca de condenas pueden generar una multa de hasta 10 000 dólares y 6 meses en la cárcel. La violación de los requisitos enunciados pueden provocar la aplicación de una multa civil de hasta 7 000 dólares. La renuencia a reducir o corregir una violación puede dar como resultado una sanción civil de hasta 7 000 dólares por cada día que pase y que no se corrija después de la fecha prescrita de eliminación de la violación. Agredir, interferir con o evitar que un inspector realice sus funciones puede traer como consecuencia una multa de hasta 5 000 dólares y un periodo de encarcelamiento de hasta 3 años. PROGRAMA ERGONÓMICO DE LA OSHA En 1990, el alto índice de incidencias y la severidad de las lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo que se encontraron en la industria de las empacadoras de carne llevó a la OSHA a desarrollar lineamientos ergonómicos para proteger a los empleados del sector de dichos riesgos (OSHA, 1990). La publicación y diseminación de estos lineamientos fue un primer paso para ayudar a esta industria a implantar un programa intensivo de salud y seguridad que incluyera la ergonomía. A pesar de que, al principio, la idea de la promulgación de lineamientos tenía como objetivo que sirvieran como consejos, más adelante se convirtieron en novedosos estándares ergonómicos para todos los sectores productivos. La inalidad de dichos lineamientos era ofrecer información de tal manera que las empresas pudieran determinar si tenían problemas de tipo ergonómico, identiicar la naturaleza y localización de dichos problemas e implantar medidas conducentes a reducirlos o eliminarlos. El programa ergonómico de las plantas empacadoras de carne estaba dividido en cinco secciones: 1) Compromiso de la alta dirección e involucramiento de los empleados, 2) análisis del lugar de trabajo, 3) prevención de riesgos recomendada y controles, 4) administración de los servicios médicos, y 5) entrenamiento y educación. También proporcionaba ejemplos detallados especialmente diseñados para la industria de las empacadoras de carne. El compromiso y la participación son elementos esenciales en cualquier programa bien elaborado de salud y seguridad. El compromiso por parte de la alta dirección es particularmente importante para proporcionar tanto la fuerza motivadora como los recursos necesarios para resolver los problemas. De manera similar, la participación de los empleados es necesaria para conservar y darle seguimiento al programa. Un programa eiciente debe implementarse en equipo, donde la alta dirección actúe como líder a través de la aplicación de los siguientes principios: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Un programa escrito de seguridad en el trabajo, la salud y la ergonomía, que cuente con metas y objetivos claros para satisfacer dichas metas, avalado y defendido por los altos niveles de la dirección. Preocupación personal por la salud y seguridad del empleado, que haga hincapié en la eliminación de los riesgos ergonómicos. Una política que asigne la misma importancia a la salud y la seguridad como a la producción. La asignación y comunicación de la responsabilidad del programa de ergonomía a los gerentes, supervisores y empleados correspondientes. Un programa que garantice la obligación de dichos gerentes, supervisores y empleados de llevar a cabo dichas responsabilidades. La implantación de una revisión y evaluación regulares del programa de ergonomía, el cual debe incluir análisis de tendencias de los datos relativos a las lesiones, estudios acerca de los empleados, evaluaciones “antes y después” de los cambios en el lugar de trabajo, registros relacionados con las mejoras del trabajo, etcétera. 8.7 Seguridad ocupacional y administración de la salud (OSHA) Los empleados pueden participar a través de lo siguiente: 1. 2. 3. 4. Procedimientos de quejas o sugerencias para dar a conocer sus preocupaciones a la alta dirección sin miedo a represiones de ninguna índole. Procedimiento para registrar de una manera rápida y precisa los primeros signos de la aparición de lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo, de tal manera que puedan implantarse con rapidez controles y tratamientos adecuados. Comités ergonómicos que reciban reportes, analicen y corrijan problemas ergonómicos. Equipos ergonómicos que cuenten con las habilidades necesarias para identiicar y analizar tareas que generen estrés ergonómico. Un programa ergonómico eiciente debe incluir cuatro elementos principales: el análisis del sitio de trabajo, el control de riesgos, la administración de los servicios médicos y el entrenamiento y la educación. El análisis del lugar de trabajo identiica las condiciones y los riesgos existentes, así como las operaciones y lugares de trabajo donde se puedan desarrollar dichos riesgos. Esta fase incluye un rastreo detallado y el análisis estadístico de los registros de lesiones y enfermedades para identiicar los patrones relacionados con el desarrollo de desórdenes músculo-esqueléticos vinculados con el trabajo. La primera etapa de la implantación del programa de análisis debe ser la revisión y el análisis de los registros médicos, de los registros de aseguramiento y los registros de OSHA 300 mediante el uso del análisis chi-cuadrada y el rastreo de los índices de incidencia. A continuación se pueden llevar a cabo estudios proyectivos de comparación con el in de identiicar tareas que puedan producir en los empleados el desarrollo de enfermedades músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo. Por lo general, este estudio se lleva a cabo mediante un cuestionario cuyo in consiste en identiicar los factores potenciales de riesgo ergonómico en el desarrollo del trabajo, en el lugar de trabajo o en el método de trabajo, así como la ubicación y severidad de los problemas músculoesqueléticos potenciales para el trabajador, mediante el uso de los diagramas de incomodidad del capítulo 5. Posteriormente, se debe realizar un análisis físico del lugar de trabajo haciendo un recorrido por toda la planta mientras se videograba y se analizan las tareas críticas mediante el empleo de las listas de veriicación del diseño del trabajo y las herramientas de análisis que se presentaron en capítulos anteriores. Por último, como en cualquier otro programa acerca de métodos, se deben llevar a cabo revisiones periódicas. Se deben calcular y analizar a intervalos regulares las tendencias de las lesiones y enfermedades, como una veriicación cuantitativa acerca de la eicacia del programa ergonómico. El control de riesgos involucra los mismos controles de ingeniería, controles en la práctica del trabajo, equipo de protección personal y controles administrativos que se han estudiado a lo largo de este libro. Los controles de ingeniería, cuando sea factible utilizarlos, representan los métodos de control preferidos por la OSHA. La adecuada administración de los servicios médicos, entre ellos la identiicación temprana de los signos y el tratamiento eiciente de los síntomas, es necesaria para reducir el riesgo de desarrollar enfermedades músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo. Un médico o enfermera ocupacional con experiencia en lesiones músculo-esqueléticas debe supervisar el programa. Dicha persona debe planear recorridos periódicos y sistemáticos a los lugares de trabajo con el in de percatarse acerca de las tareas que en él se desarrollan, identiicar los trabajos potenciales ligeros y mantener un contacto cercano con los empleados. Esta información permite que el personal que proporciona los servicios de salud recomiende tareas ligeras que impliquen un mínimo esfuerzo ergonómico en el músculo o grupos de tendones lesionados de los trabajadores en recuperación. El personal que proporcione servicios médicos debe participar en el entrenamiento y la educación de todos los empleados incluyendo los supervisores acerca de los diferentes tipos de desórdenes músculo-esqueléticos relacionados con el trabajo, las medidas para su prevención, sus causas, sus primeros síntomas y tratamientos. Esta práctica será de gran ayuda en la detección temprana de los desórdenes músculo-esqueléticos relacionados con el trabajo antes de que se desarrollen condiciones más severas. Se debe inducir a los empleados a reportar cualquier signo o síntoma temprano de lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo para su pronto tratamiento sin temor a que la gerencia tome represalias. Los protocolos escritos sobre la vigilancia, evaluación y tratamiento de la salud ayudan a establecer y mantener procedimientos controlados de manera apropiada. 289 290 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas Tanto el entrenamiento como la educación constituyen los componentes críticos de un programa ergonómico para los empleados expuestos a sufrir de riesgos ergonómicos. El entrenamiento permite que los gerentes, supervisores y empleados comprendan los problemas ergonómicos asociados con sus trabajos así como la prevención, control y consecuencias médicas de dichos problemas. 1. 2. 3. 4. 5. Anualmente debe impartirse entrenamiento general acerca de los factores de riesgo de las lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo, sus síntomas y las lesiones asociadas con el trabajo a los empleados que están potencialmente expuestos. Se debe proporcionar entrenamiento especíico en la tarea acerca de las herramientas, cuchillos, guardas, seguridad y las técnicas de levantamiento adecuadas a los nuevos empleados antes de que se les asignen trabajos de tiempo completo. Los supervisores deben ser entrenados para reconocer los primeros síntomas de las lesiones músculo-esqueléticas relacionadas con el trabajo y de las prácticas de trabajo que implican riesgo. Los gerentes deben recibir entrenamiento con el in de crear conciencia acerca de sus responsabilidades acerca de la salud y la seguridad. Los ingenieros deben recibir entrenamiento acerca de la prevención y corrección de riesgos ergonómicos a través del rediseño del lugar de trabajo. En 1990 se elaboró una versión en borrador de los lineamientos para la industria en general, como precursor de los estándares ergonómicos, cuya versión inal se aprobó a principios de 1992. Dicha versión contenía básicamente la misma información que los lineamientos para la industria del empacado de carne. Sin embargo, hubo una reacción muy negativa por parte de la industria y debido a que los republicanos obtuvieron el control del Congreso en 1992, el estándar ergonómico en cuestión no se ha liberado desde entonces. 8.8 CONTROL DE RIESGOS Esta sección expone los principios básicos del control de riesgos. Un riesgo es una condición que tiene potencial para provocar una lesión o daño. Por su parte, peligro es la exposición relativa a la o las consecuencias potenciales de dicho riesgo. Por lo tanto, un trabajador sin protección que lleva a cabo tareas en un andamio está expuesto a un riesgo y corre peligro de sufrir de una seria lesión. Si el obrero tuviera puesto un arnés de seguridad, el riesgo todavía existiría, pero el peligro del riesgo se habría reducido considerablemente. Los riesgos pueden agruparse en varias categorías generales: 1) debido a propiedades inherentes tales como el alto voltaje, la radiación o los químicos cáusticos; 2) debido a fallas potenciales, ya sea por parte del operador (o alguna otra persona) o una máquina (o cualquier otro equipo), o 3) debido a las fuerzas o tensiones provocadas por el ambiente, por ejemplo, el viento, la corrosión, etc. El método general de control de riesgos implica, en primera instancia, eliminar por completo el riesgo y prevenir el accidente y, después, si no tiene éxito, reducir el nivel de riesgo a un grado tal que, si aún sucede el accidente, se reduce la lesión o el daño potencial. La eliminación de un riesgo se puede lograr a través de un buen diseño y los procedimientos adecuados, por ejemplo, el uso de materiales no combustibles ni solventes, el redondeo de las orillas de los equipos, la automatización de la aplicación de corrosivos (esto es, removiendo al operador de los ambientes riesgosos, construcción de pasos a desnivel en intersecciones de ferrocarriles y supercarreteras, etcétera). Si el riesgo no se puede eliminar completamente, una segunda opción es limitar su alcance. Por ejemplo, un taladro eléctrico en un ambiente húmedo puede producir electrocución. Mediante el uso de un taladro sin cable de alimentación se pueden reducir las lesiones serias, a pesar de que aún es posible que se produzca un choque eléctrico. Desde luego, a cambio de menores potencia y eicacia del perforado. El uso de un taladro neumático eliminaría por completo el riesgo de la electrocución, pero su uso estaría limitado, especialmente para los usuarios que no cuentan con aire comprimido en sus casas, lo que incrementaría el costo del taladro y generaría el nuevo riesgo que implica liberar aire a alta presión. La solución más segura sería utilizar un taladro mecánico manual, sin ningún riesgo relacionado con la energía. Sin embargo, la eicacia de la herramienta se reduciría considerablemente y podría provocar fatiga músculo-esquelética (un riesgo totalmente diferente). Otro ejemplo de cómo 8.8 Control de riesgos limitar el nivel de riesgo es mediante el uso de sistemas de gobierno en los autobuses escolares con el in de limitar la velocidad máxima de dichos vehículos. Si el nivel del riesgo no puede limitarse debido a la naturaleza del equipo electromecánico y las herramientas eléctricas, se debe recurrir al uso de aisladores, barreras e interconectores para minimizar el contacto entre la fuente de alimentación y el operador humano. Los aisladores y las barreras imponen una distancia o un impedimento físico entre los dos. La instalación de un generador o un compresor fuera de la planta limita la interacción diaria entre los operadores y la fuente de energía. Sólo los trabajadores de mantenimiento tendrán algún grado de exposición a la fuente de energía a intervalos irregulares. Los guardallamas ijos en las máquinas y los contenedores de polea son buenos ejemplos de barreras. El tercer dispositivo, un interconector, representa una forma de método o dispositivo más complejo que evita que ocurran eventos incompatibles de manera simultánea. A un nivel más básico podría ser simplemente instalar un cerrojo (como en el OSHA 1910.147, Cerrojo y Etiquetado) en el área peligrosa con el in de evitar el acceso no autorizado de personas a ella o la protección de un interruptor en un estado energizado de tal manera que no pueda ser encendido accidentalmente. La cerradura activa más común es un mecanismo que garantiza que un evento determinado no ocurrirá simultáneamente con otro. El interruptor que se mencionó anteriormente en la cubierta del molino de café (ejemplo 8.7) representa un buen ejemplo de una cerradura que evita que los dedos del usuario estén dentro del tazón cuando se activa el interruptor. Otro método consiste en utilizar diseños a prueba de falla. Estos sistemas están diseñados de tal manera que, en caso de una falla, cambian al nivel de energía más bajo. Esto puede lograrse a través de dispositivos pasivos sencillos tales como fusibles e interruptores de circuitos, los cuales, cuando detectan elevados niveles de corriente, abren el circuito y reducen de inmediato a cero el nivel de corriente. Este resultado también puede lograrse operacionalmente a través del diseño de válvulas que se cierren en una posición abierta con el in de conservar el lujo del luido (esto es, el disco de la válvula es movido lejos de su asiento por el lujo) o se cierra en una posición cerrada para detener el lujo (esto es, el disco de la válvula es forzado por el lujo a colocarse sobre su asiento). Otro buen ejemplo de un diseño operacional es el control automático de una máquina para cortar el pasto o una moto acuática. En el primer caso, el operador baja una palanca para mantener a las aspas girando; si el operador se tropieza y pierde el control de la palanca, las aspas se detienen mediante la liberación del embrague o la detención del motor. En el segundo caso, la llave del motor está conectada a la muñeca del operador mediante una correa; si éste cae del vehículo, la llave se libera y el motor se detiene. Otro método de control de riesgos consiste en la minimización de la falla. En lugar de permitir que el sistema falle completamente aun cuando esté en el modo a prueba de fallas, este método minimiza la probabilidad de falla de sistema. Este resultado se puede lograr mediante un incremento de los factores de seguridad, la supervisión más detallada de los parámetros del sistema y el reemplazo de los componentes claves de manera regular o proveyendo redundancia para dichos componentes. El factor de seguridad signiica que la razón entre la resistencia y la tensión y dicho valor debe ser mucho mayor a 1. Dado que puede haber una variación considerable en la resistencia del material, por ejemplo, dos-por-cuatro utilizados en la construcción y también cierta varianza en las tensiones ambientales, por ejemplo, nieve en las regiones del norte, tendría sentido aumentar el factor de seguridad adecuadamente para considerar dichas variaciones y minimizar la probabilidad de que se colapse el ediicio. La supervisión de las temperaturas y presiones claves con la ayuda de ajustes y compensaciones apropiadas puede ayudar a impedir que el sistema alcance valores críticos. Los marcadores del desgaste de las llantas de automóviles son un sistema de supervisión de parámetros muy utilizado. El requerimiento de la OSHA de un sistema gemelo para que trabaje en áreas de riesgo es otro ejemplo de ello. El reemplazo regular de las llantas antes de que los marcadores de desgaste sean expuestos constituye un ejemplo de un reemplazo regular de componentes o el uso de más de dos-por-cuatro (puestos a distancias de 12 pulgadas en lugar de 16) podría ser un ejemplo de redundancia en un sistema. Por último, en caso de que el sistema inalmente falle, la organización debe proporcionar equipo de protección personal, equipo para evacuaciones y sobrevivencia y equipo de rescate con el in de minimizar las lesiones y costos que resulten. La ropa a prueba de incendios, los cascos, los zapatos de protección, las orejeras, etc., son ejemplos muy comunes de equipo de protección personal para minimizar lesiones. El almacenamiento de autorrescatadores en ubicaciones estratégicas dentro de 291 292 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas las minas proporciona a quienes trabajan en ellas oxígeno extra en caso de la presencia de fugas de metano o incendios que consuman el oxígeno que hay en el ambiente y tiempo hasta que puedan ser rescatados por los cuerpos de ayuda. De manera similar, los grandes corporativos cuentan con su propio equipo contraincendio con la inalidad de ahorrar la mayor cantidad de tiempo en lugar de depender de los departamentos locales de bomberos. 8.9 TAREAS DOMÉSTICAS GENERALES Las consideraciones generales de seguridad relacionadas con los ediicios incluyen una capacidad apropiada en cuanto a espacio para carga. Este punto es especialmente importante en áreas de almacenamiento, pues si se sobrepasa dicha capacidad se pueden provocar accidentes muy serios. Los síntomas de peligro producto de la sobrecarga son cuarteaduras en paredes y techos, excesiva vibración y desplazamiento de los elementos estructurales. Los pasillos, escaleras y otros lugares de paso se deben revisar periódicamente con el in de garantizar que se encuentran libres de obstáculos, que estén parejos y que no tienen aceite u otro material que pudiera provocar resbalones y caídas. En los ediicios antiguos se deben inspeccionar las escaleras, como éstas son las causas de un gran número de accidentes que provocan pérdida de tiempo. Las escaleras deben tener una pendiente de 28 a 35 grados con anchuras de huella de 11 a 12 pulgadas (28 a 30.5 cm) y peraltes de 6.5 a 7.5 pulgadas (16.5 a 19 cm). Todas las escaleras deben contar con pasamanos, tener una iluminación de al menos 10 fc (100 lx) y estar pintadas con colores claros. Es muy importante que los pasillos estén marcados y derechos y que cuenten con esquinas redondeadas o diagonales. Si por ellos circularán vehículos, deben ser de al menos 3 pies más anchos que el doble del ancho del vehículo más amplio. Cuando el tránsito sea sólo en una dirección, el ancho debe ser de 2 pies más amplio que el vehículo más ancho. En general, es necesario que los pasillos tengan al menos 10 fc (100 lx) de iluminación. Se debe usar el color en todo el pasillo con el in de identiicar condiciones de alto riesgo (vea la tabla 8.10). En OSHA 1910.21-1910.24, Walking and Working Surfaces, se pueden consultar más detalles acerca de pasillos, escaleras y pasos. Tabla 8.10 Recomendaciones en cuanto a color Color Utilizado para: Rojo Equipo de protección Alarmas contra fuego, ubicación de extintores contra fuego contra incendio, peli- y mangueras, rociador, botes de seguridad para inflamables, gro y como señal de señalamiento de peligro, botones de paro de emergencia detención Ejemplos Naranja Partes peligrosas de Dentro de los seguros móviles, botones de arranque segumáquinas; otros ries- ros, orillas de las partes expuestas del equipo móvil gos Amarillo Indicar precaución; riesgos físicos Equipo de construcción y de manejo de materiales, indicadores de esquinas, orillas de plataformas, descansos, vueltas de las escaleras, proyecciones. Se pueden utilizar franjas negras o verificadoras en conjunto con el amarillo Verde Seguridad Localización del equipo de primeros auxilios, máscaras de gas, regaderas de seguridad a presión Azul Indicar precaución en Banderas de alerta en el punto de arranque de las máquinas, cuanto al arranque o controles eléctricos, válvulas alrededor de los tanques y uso de equipo quemadores Morado Riesgos de radiación Contenedor de materiales radiactivos y fuentes de radiación Negro y blanco Indicaciones de trán- Localización de pasillos, señalamientos de dirección, áreas sito y tareas internas libres en el suelo en las proximidades del equipo de emergenerales gencia 8.9 Tareas domésticas generales 293 Gran parte de las máquinas herramientas cuentan con protecciones especiales con el in de minimizar la probabilidad de que un trabajador resulte lesionado mientras trabaja en una de ellas. El problema es que muchas máquinas viejas no están protegidas adecuadamente. En estos casos, es imprescindible tomar acciones inmediatas para que se proporcione protección y que ésta trabaje bien y se utilice rutinariamente. Un método alterno consiste en proporcionar una máquina con dos botones como la que se muestra en la igura 8.20 para operaciones de prensado. Observe que los controles están separados una distancia considerable, de tal manera que las manos del operador se encuentran en una posición segura cuando la prensa se pone en funcionamiento. Dichos botones no deben requerir de elevados niveles de fuerza; de otra forma, es muy probable que se presenten lesiones como consecuencias de movimientos repetitivos. En realidad, los botones modernos pueden activarse a través de la “capacitancia de la piel” en lugar de depender de una presión mecánica. Una mejor alternativa podría consistir en automatizar el proceso, esto es, liberar completamente al operador de un punto de contacto o usar un manipulador robotizado en lugar del operador. En OSHA 1910.2111901.222, Machinery and Machina Guarding, se pueden consultar detalles acerca de protecciones para máquinas. Se debe incorporar un sistema de control de calidad y mantenimiento en el cuarto de herramientas y en los contenedores, de tal manera que sólo las herramientas que se encuentren en buen estado y sean coniables puedan ser utilizadas por los trabajadores. Algunos ejemplos de herramientas poco seguras que no deben estar en manos de los trabajadores son las máquinas herramienta con aislantes rotos, herramientas eléctricas que les falte conectores o alambres de tierra, herramientas sin ilo, martillos con cabezas achatadas, discos molidote rectiicado rotos y sin protección y herramientas con mangos separados o jaladoras rotas. Existen también materiales potencialmente peligrosos y químicos riesgosos dignos de considerarse. Estos materiales pueden provocar una gran variedad de problemas de salud o seguridad y por lo general se dividen en tres categorías: corrosivos, tóxicos e inlamables. Entre los primeros se incluye una gran variedad de ácidos y cáusticos que pueden quemar y destruir el tejido humano al primer Figura 8.20 Operación de una prensa con dos botones. © Morton Beebe/CORBIS. 294 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas contacto. La acción química de los materiales corrosivos puede llevarse a cabo a través del contacto directo con la piel o por la inhalación de humos y vapores. Para evitar el daño potencial que trae como consecuencia el uso de materiales corrosivos, tome en cuenta las medidas siguientes: 1. 2. 3. 4. Asegúrese de que los métodos para el manejo de materiales sean totalmente a prueba de error. Evite cualquier derramamiento o salpicadura, especialmente durante los procesos iniciales de entrega. Asegúrese de que los operadores expuestos a materiales corrosivos hayan usado y usen equipo de protección personal diseñado adecuadamente y los procedimientos de eliminación y disposición de desperdicios. Asegúrese de que el dispensario y el área de primeros auxilios estén equipados con las provisiones necesarias para emergencias, como regaderas a presión y para lavados de ojos. Entre los materiales tóxicos e irritantes se destacan los gases, líquidos o sólidos que envenenan el cuerpo o interrumpen los procesos normales mediante su ingestión, la absorción a través de la piel o la inhalación. Para controlar este tipo de materiales, utilice los siguientes métodos: 1. 2. 3. 4. Aísle completamente el proceso de los trabajadores. Proporcione una ventilación adecuada. Suministre equipo de protección personal coniable a sus trabajadores. Siempre que le sea posible, utilice materiales no tóxicos y no irritantes. En OSHA 1910.1000-1910.1200, Toxic and Hazardous Substances, se pueden encontrar más detalles acerca de materiales tóxicos. Además, de acuerdo con las regulaciones de la OSHA, la composición de cada uno de los compuestos químicos debe precisarse, se deben determinar sus riesgos y establecerse las medidas de control adecuadas para proteger a los empleados. Esta información debe ser presentada de manera clara a los trabajadores con etiquetas y hojas de datos respecto de la seguridad del material (MSDS). En OSHA 1910.1200, Hazard Communications, se puede consultar información adicional acerca de este proceso (llamado HAZCOM). Los materiales inlamables y agentes oxidantes fuertes constituyen riesgos de explosión e incendio. Se puede presentar la ignición espontánea de materiales combustibles cuando no haya ventilación suiciente para remover el calor en un proceso de oxidación lenta. Para evitar dichos incendios, es necesario que los materiales combustibles se almacenen en áreas secas, frías y bien ventiladas. Cuando se trate de pequeñas cantidades, deben almacenarse en contenedores metálicos cerrados. Algunos polvos combustibles, como el aserrín, no son explosivos. Sin embargo, se pueden presentar explosiones cuando dichos polvos son tan inos que puedan encenderse. Con el in de eliminar la posibilidad de explosiones, evite las igniciones mediante el uso de sistemas adecuados de ventilación y del control de los procesos de manufactura para minimizar la generación de polvo y la liberación de gases y vapores. Estos últimos pueden removerse de las corrientes de aire mediante la absorción de líquidos y sólidos, la absorción en sólidos, la condensación y la combustión catalítica e incineración. En el proceso de absorción, el gas o vapor se distribuye en el líquido colector que se encuentra en torres especialmente diseñadas para ello, como las columnas de placa con gorro de burbuja, torres empacadas, torres de rocío y limpiadores de celdas húmedas. La adsorción de los gases y vapores utilizan una gran variedad de adsorbentes sólidos como el carbón con gran ainidad por ciertas sustancias como el benceno, tetracloruro de carbono, cloroformo, óxido nitroso y acetaldehído. En OSHA 1910.106, Flammable and Combustible Liquids, se puede consultar más información acerca de materiales inlamables. En caso de encendido de materiales inlamables, el sofocamiento del fuego resultante se basa en los principios relativamente simples del triángulo de incendios (aunque su implantación no siempre es tan sencilla). Existen tres componentes, llamados las piernas del triángulo, que deben coexistir para que se produzca un incendio: oxígeno (u oxidante en las reacciones químicas), combustible (o agente reductor en las reacciones químicas) y calor o ignición. La remoción de cualquiera de ellos sofoca el fuego (o hace caer el triángulo). Rociar agua para sofocar el incendio en una casa enfría el fuego (remueve el calor) y también diluye el oxígeno. Utilizar espuma (o cubrir el fuego con una sábana) remueve el oxígeno del incendio. Separar los troncos en un incendio en el campo remueve el combustible. Un ejemplo más práctico: por lo general, en las plantas hay sistemas extintores Preguntas ijos como rociadores de agua y extintores de fuego portátiles, que se categorizan por tamaños y medidas. Los cuatro tipos básicos son clase A para combustibles ordinarios, que pueden contener agua o espuma; clase B, para líquidos inlamables, que típicamente utilizan espuma; clase C, para equipo eléctrico que utiliza espumas no conductoras, y clase D para metales oxidantes. En OSHA 1910.155-1910-165, Fire Protection, se puede consultar más información acerca de la extinción de incendios. RESUMEN En este capítulo, en el que se estudiaron los fundamentos de la seguridad, se incluyó el proceso de prevención de accidentes, comenzando con las diferentes teorías acerca de sus causas; el uso de la probabilidad para la comprensión de la coniabilidad de sistemas, administración de riesgos y análisis de árbol de fallas; el uso del análisis costo-beneicio y otras herramientas para la toma de decisiones; diferentes herramientas estadísticas para la supervisión del éxito de los programas de seguridad; control básico de riesgos, y regulaciones federales de seguridad relacionadas con la industria. Aquí sólo se presentaron los fundamentos del control de riesgos. Los detalles especíicos acerca de los riesgos especíicos en el lugar de trabajo pueden consultarse en un gran número de textos convencionales acerca de seguridad, tales como Asfahl (2004), Banerjee (2003), Goetsch (2005), Hammer y Price (2001), National Seafty Council (2000) y Spellman (2005). Sin embargo, debe haber suiciente información para que el ingeniero industrial comience un programa de seguridad con el objetivo de proporcionar un ambiente de trabajo seguro para los empleados. PREGUNTAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. ¿Cuál es la diferencia entre la prevención de accidentes y la administración de la seguridad? ¿Cuáles son los pasos del proceso de prevención de accidentes? Describa las “ichas” de la teoría del dominó. ¿Cuál es el aspecto clave de este método? ¿Cómo afecta la causa múltiple la prevención de accidentes? Compare y contraste los modelos unidad de cambio de vida, motivación-recompensa-satisfacción y ABC. Explique el signiicado del uso del análisis chi-cuadrada para prevenir accidentes. ¿Cuál es el propósito del análisis de riesgos en la prevención de accidentes? ¿Qué es la alerta roja? Analice la diferencia entre eventos mutuamente excluyentes e independientes. ¿De qué formas se puede mejorar la coniabilidad de un sistema? Compare y contraste las compuertas AND y OR. ¿Qué es la criticidad y qué papel juega en el análisis costo-beneicio? Compare y contraste la ley común y la escrita. ¿Cuál es la diferencia entre responsabilidad y responsabilidad estricta? ¿Cuál es la diferencia entre negligencia, negligencia bruta y negligencia por sí misma? ¿Cuál es la diferencia entre daños compensatorios y daños punitivos? Antes de que existiera la indemnización para los trabajadores, ¿cuáles fueron las tres condiciones legales que utilizaban los empleadores para prohibir que un operario lesionado recibiera los beneicios que le correspondían? ¿Cuáles son los tres requisitos principales para obtener la indemnización de los trabajadores? Compare y contraste las cuatro categorías de discapacidades reconocidas en la indemnización de los trabajadores. ¿Cuál es la diferencia entre lesiones programadas y no programadas? ¿Qué es una ley de tercera instancia? ¿Cuáles son algunas de las formas mediante las cuales una compañía podría reducir sus costos relacionados con las indemnizaciones a sus trabajadores? ¿Por qué es tan importante la cláusula de deberes generales de la OSHA? ¿Qué tipos de menciones puede emitir la OSHA? ¿Cuáles son los elementos principales del programa ergonómico propuesto por la OSHA? ¿Cuál es la diferencia entre un riesgo y un peligro? ¿Cuál es el método general que se utiliza en el control de riesgos? Explique por qué un interruptor de hombre muerto representa un buen ejemplo de un diseño a prueba de fallas. Proporcione un ejemplo de dónde puede utilizarse. 295 296 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas 29. ¿Qué es el factor de seguridad? 30. ¿Qué es el triángulo de incendios? Explique cómo se utilizan sus principios para extinguirlos. PROBLEMAS 1. En el caso de los datos acerca de lesiones que se proporcionan en la tabla siguiente: a) ¿Cuáles son los índices de severidad e incidencia en cada departamento? b) ¿Qué departamento tiene un número más signiicativo de lesiones respecto a los demás? c) ¿Qué departamento tiene un índice de severidad signiicativamente más elevado que los demás? d ) Como especialista en seguridad, ¿qué departamento consideraría usted primero? Explique su respuesta. Departamento Fundido Muelleo Corte Rectificado Empacado Lesiones 13 2 5 6 1 Días no trabajados 3 0 1 3 3 Horas trabajadas 450 000 100 000 200 000 600 000 500 000 2. Un ingeniero que ajustaba la caja de engranes de una turbina de gran tamaño mientras funcionaba dejó caer una llave sobre los engranes. Como consecuencia, la turbina se desalineó completamente y se dañó de manera considerable. Por fortuna, el ingeniero sólo sufrió pequeñas laceraciones producidas por las piezas de metal que salieron volando. El ingeniero supuso que la llave de mango de metal simplemente se resbaló de sus grasosas manos. a) Use las teorías de dominó y de múltiples causas para hacer un análisis del escenario del accidente. b) Utilice el análisis de seguridad en el trabajo para sugerir las medidas de control (e indicar la eicacia relativa de cada una) que pudieron haber evitado las lesiones y los daños. ¿Cuál es su recomendación? 3. Dados P(A) 0.6, P(B) 0.7, P(C) 0.8, P(D) 0.9, P(E) 0.1 y los eventos independientes, determine P(T) de a) T AB AC DE b) T A ABC DE c) T ABD BC E d) T A B CDE e) T ABC BCD CDE 4. Realice un análisis costo-beneicio mediante el análisis del árbol de fallas en una escalera. Suponga que a lo largo del año anterior, supericies resbalosas provocaron tres accidentes, cinco fueron provocados por pasamanos inadecuados y tres por una persona que de manera negligente dejó herramientas y otros obstáculos sobre los escalones. El costo promedio de cada accidente fue de 200 dólares (el total por concepto de primeros auxilios, tiempo perdido, etc.). Suponga que se le han asignado 1 000 dólares para mejorar la seguridad de la escalera (a pesar de que no es necesario que gaste todos los recursos). Se pueden usar tres alternativas: 1. Nuevas supericies, las cuales reducirán 70% los accidentes causados por supericies resbalosas. Su costo es de 800 dólares. 2. Nuevos pasamanos, los cuales reducirán sólo 50% los accidentes provocados por pasamanos inapropiados (puesto que no todos los transeúntes utilizan pasamanos). Su costo es de 1 000 dólares. 3. Señalamientos y programas educativos. Se estima que cada uno de ellos reducirá 20% los accidentes con pasamanos y los relacionados con obstáculos (la gente lo olvida fácilmente). En este caso el costo es de sólo 100 dólares. (Para calcular las probabilidades básicas de los eventos, suponga que la escalera se utiliza 5 veces por hora, 8 horas/día, 5 días/semana, 50 semanas/año.) a) Dibuje un árbol de fallas que muestre la situación. b) Evalúe todas las opciones (o combinaciones) con el in de determinar la mejor asignación de los 1 000 dólares. Referencias 5. En un taller de pintura se pintan y tratan contenedores mediante el calor proveniente de un secador. Se requiere de tres componentes para comenzar un incendio en el taller de pintura y provocar un daño mayor: combustible, ignición y oxígeno. El oxígeno está siempre presente en la atmósfera y, por lo tanto, tiene una probabilidad de 1.0. La ignición puede provenir ya sea de una chispa debido a la electricidad estática (con una probabilidad de 0.01) o del sobrecalentamiento de un mecanismo de la secadora (0.05). El combustible es proporcionado por los vapores volátiles que pueden surgir de tres fuentes: vapores de la pintura durante el proceso de secado (0.9), el adelgazador de pintura que se utiliza para adelgazar la pintura (0.9) y el solvente que se emplea en la limpieza del equipo (0.3). Los daños materiales a consecuencia de un incendio pueden ascender a 100 000 dólares. Usted tiene tres opciones de solución para minimizar la probabilidad de un incendio mayor: 1. Gastar 50 dólares para cambiar las operaciones de limpieza a otra sala, lo cual reduciría a 0.0 la probabilidad de tener vapores solventes en el área de pintura. 2. Gastar 3 000 dólares en un sistema de ventilación nuevo lo cual reduciría a 0.2 la probabilidad de tener vapores de cada uno de los tres combustibles. 3. Gastar 10 000 dólares en un nuevo tipo de pintura y un sistema de rociado que no libere vapores, lo cual reduciría la probabilidad de que aparezcan vapores de la pintura y del adelgazador de la pintura a 0.0. a) Dibuje un árbol de fallas y recomiende la solución más eicaz. b) Considere la teoría del dominó y aplíquela a este escenario. Asigne un nombre a cada una de las ichas en el orden apropiado y proporcione otras dos posibles soluciones que se puedan aplicar a este escenario. 6. a) Dibuje el árbol de fallas dado por la expresión booleana T ⫽ AB ⫹ CDE ⫹ F. b) La severidad de T es de 100 días perdidos por accidente. Las probabilidades de los eventos básicos son A = 0.02, B = 0.03, C = 0.01, D = 0.05, E = 0.04 y F = 0.05. ¿Cuál es la pérdida esperada asociada con el evento principal T como se da? c) Compare las dos alternativas desde el punto de vista costo-beneicio. ¿Cuál recomendaría usted? i) 100 dólares para reducir C y D a 0.005 ii) 200 dólares para reducir F a 0.01 7. Calcule la coniabilidad del sistema. Suponga que los eventos son independientes. A B 0.7 0.9 C 0.8 D 0.9 E 0.9 8. Uno de los primeros aeroplanos de propulsión (el Tri-Motor de Ford) tenía tres motores, uno en el centro y los otros en cada una de las alas. Con esta coniguración, el aeroplano podía volar con cualquiera de los dos motores o sólo con el del centro. Suponiendo que la coniabilidad de cada motor es de 0.9, ¿cuál es la coniabilidad total del aeroplano? 9. La NASA utiliza cuatro computadoras idénticas a bordo (esto es, tres son redundantes) para controlar al transbordador aeroespacial. Si la coniabilidad de cualquiera de estas computadoras es de 0.9, ¿cuál es la coniabilidad total del sistema? 10. Seleccione uno de los estándares OSHA 1910. Después analice las decisiones de la Comisión de Inspección de la OSHA respecto al estándar que escogió. ¿Existe alguna similitud entre los casos? ¿Quién ganó? ¿Fueron modiicadas por los tribunales las menciones originales o multas aplicadas por la OSHA? REFERENCIAS Asfahl, C. R., Industrial Safety and Health Management, Nueva York: Prentice Hall, 2004. Bahr, N. J., System Safety Engineering and Risk Assessment: A Practical Approach, Londres: Taylor & Francis, 1997. Banerjee, S., Industrial Hazards and Plant Safety, Londres: Taylor & Francis, 2003. Bird, F. y G., Gemain. Practical Loss Control Leadership, Longanville, GA: International Loss Control Institute, 1985. 297 298 CAPÍTULO 8 Seguridad en el lugar de trabajo y de los sistemas Brown, D. B., Systems Analysis and Design for Safety, Nueva York: Prentice-Hall, 1976. Cox, S., Safety, Reliability and Risk Management: An Integrated Approach, Butterworth Heinemann, 1