Desarrollo e implementación de un modelo de planificación y optimización de capacidades enfocado a la industria de cervezas

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1 Desarrollo e implemetació de u modelo de plaificació y optimizació de capacidades efocado a la idustria de cervezas Carlos Cevallos Quiroz 1, Kleber Barcia Villacreses 2 1 Istituto de Ciecias Matemáticas (ICM) Maestría e Cotrol de Operacioes y Gestió Logística (MOL) Escuela Superior Politécica del Litoral (ESPOL) Campus Gustavo Galido, Km 30.5 vía Perimetral Apartado Guayaquil, Ecuador 2 Director de Tesis. Igeiero Mecáico, Escuela Superior Politécica del Litoral, Msc. Ecoomía Agrícola, Texas A&M Uiversity, Ph.D. e Igeiería Idustrial, Uiversity of Texas at Arligto, Profesor de la Escuela Superior Politécica del Litoral desde Resume El propósito de esta tesis es diseñar y costruir u modelo de plaificació de capacidades de largo plazo que permita optimizar las mismas a través de la red primaria de sumiistro de ua compañía de cervezas. Se desarrollaro dos modelos complemetarios, el primero se refiere a u modelo de Optimizació, el cual fue costruido e base a la teoría de Redes, utilizado el modelo estádar de Flujo de Costo Míimo. Este modelo optimiza la asigació de volúmees a través de la red de sumiistro, que icluye: Platas Productoras, Cetros de Distribució y Distribuidores. El segudo modelo se desarrolló para calcular automáticamete los requerimietos de recursos tomado como Iput los volúmees ya optimizados. Este segudo modelo fue costruido tomado e cueta u detalle profudo de los parámetros productivos y logísticos, característicos e la idustria de cervezas. Ambos modelos trabaja secuecialmete, el primero cumple la fució de optimizació, mietras que el segudo permite simular variacioes e los parámetros claves de plaificació para propoer escearios de requerimietos de recursos. Tambié se añadió ua hoja de cálculo para evaluar fiacieramete los distitos escearios que se puede platear. Fialmete, se realizó u ejemplo del uso del modelo completo de Plaificació Estratégica de Capacidades. Palabras Claves: Plaificació de Capacidades a largo plazo, Modelo de Optimizació, Requerimietos de Recursos, Parámetros claves de plaificació. Abstract The goal of this work is to desig ad to build a Capacity Plaig Model for the log term that allows optimizig the primary supply etwork for a beer compay. Two complemetary models were developed. The first oe refers to a Optimizatio Model which was built based o etworks theory usig the Flow of Miimum Cost stadard model. This model optimizes the volume assigmet through the Supply Network that icludes: Maufacturig Plats, Distributio Cetres ad Distributors. The secod model was developed to calculate the resource requiremets automatically takig as Iput the volumes already optimized. This secod model was built takig ito accout a deep detail of productive ad logistical parameters, characteristic i the beer idustry. Both models work sequetially, the first oe carries out the Optimizatio fuctio, while the secod oe allows simulatig key parameters variatios i order to propose scearios of resource requiremets. A calculatio spreadsheet was also added to evaluate fiacially the differet scearios that ca be defied. Fially, it was carried out a example of the use for the whole Strategic Capacity Plaig model. Keywords: Log term Capacity Plaig, Optimizatio Model, Resource Requiremets, Key Parameters

2 1. Coceptos y técicas aplicadas Admiistració de capacidades Para el desarrollo de la tesis se aalizaro todos los tipos de plaificació de capacidades y se seleccioó Resource Plaig, el cual admiistra las capacidades al ivel más alto, tomado e cueta volúmees agregados, buckets auales, y horizotes de plaificació de largo plazo como por ejemplo, 5 años. A cotiuació la tabla que describe a este tipo de plaificació seleccioado: Tabla 1. Descripció de resource plaig Compoetes Horizote de Plaificació Nivel de Detalle Tipo y úmero de recursos requeridos Precisió Requerida Alterativas factibles para resolver desbalaces Técicas empleadas Resource Plaig Descripció De 12 meses a varios años Grupos de productos o familias e buckets míimo de meses Recursos, persoas, procesos y equipos críticos Bastate baja Para Plaificació: cambios e catidades, mix, o timig de producció. Para Capacidades: cambios e fuerza laboral, Equipos, diseño de producto, Ifraestructura. Modificar las variables actuales relacioadas a persoas, procesos y Equipos 3. Modelo de Optimizació El tipo de plaificació de capacidades a desarrollar es el de mayor horizote de tiempo, el mismo que permite teer ua visualizació estratégica de las operacioes. Esta plaificació de largo plazo adoptada se llama RESOURCE PLANNING, como se mecioó previamete y debido a sus características, se cosideró u horizote de tiempo de 5 años co buckets de iformació auales. El modelo de Optimizació propiamete dicho, fue desarrollado e base al algoritmo de Redes llamado Problema del Flujo de Costo Míimo y como se explicó, el modelo optimizará e base a volúmees auales. Este modelo es uo de los más secillos, pero a su vez es muy robusto y eficiete e su resolució. Para la costrucció y modelamieto se utilizó ua herramieta de optimizació llamada What s Best de LINGO la cual usa como plataforma el Excel. El modelo de Optimizació desarrollado icluye los siguietes elemetos: Nodos Fuete: Plata Pascuales y Plata Cumbayá Nodos de Trasbordo: CD1 Guayaquil, CD1 Quito y CD2 Sto. Domigo Nodos de Demada: Los Distribuidores A cotiuació se muestra el bosquejo de la red modelada y el mapa de la red primaria: Modelos de optimizació de redes Para desarrollar el modelo de Optimizació, se profudizó e la selecció del mejor modelo e térmios de secillez y robustez. El Modelo de Optimizació de Redes escogido fue el de Flujo de Costo Míimo, debido a que es el más empleado e la optimizació de redes de sumiistro, para miimizar los costos totales de la red y cumplir tato co las demadas requeridas como co las restriccioes plateadas. Figura 1. Bosquejo de la red modelada 2. Red a modelar La empresa dode se desarrollo la tesis fue la Cervecería Nacioal. Esta empresa cueta co ua Red de sumiistro expadida a lo largo de todo el territorio acioal que icluye: 2 Platas de Producció (Pascuales - Guayaquil y Cumbayá - Quito) 2 Cetros de Distribució Primarios [CD1] (Guayaquil y Quito) 1 Cetro de Distribució Secudario [CD2] (Sto. Domigo de los Tsachilas) 60 Distribuidores aproximadamete (Todo el país) Figura 2. Mapa de la red primaria de sumiistro

3 Para explicar de mejor maera el bosquejo, se desarrolló u problema de redes cuyo objetivo pricipal fue asigar los volúmees de tal maera que se miimice los costos totales de la red, es decir, los distribuidores so asigados a los CD1s y CD2 miimizado los costos de Trasporte, luego los volúmees de los CD1s y CD2 so asigados a las platas, de forma que se miimice los costos de producció de maera simultaea. Los arcos etre odos fuero llamados rutas etre odos (orige y destio) para usar térmios que sea familiares e la operació. A cada ruta se le asoció su costo respectivo y a cada odo su demada o sumiistro respectivo tambié. Tomado e cueta lo descrito, la formulació del modelo fue la siguiete: Variables de decisió: X ij = flujo a través de la ruta i -> j, dode i represeta al orige y j el destio Parámetros: C ij = costo por uidad de flujo a través de la ruta i -> j. Se icluye por separado Costos de Producció, T1 y T2. Para los odos ficticios el costo será 0. b i = flujo eto geerado e el odo i, dode: b i > 0, si i es ua Plata (odo fuete) b i < 0, si i es u Distribuidor (odo demada) b i = 0, si i es u CD1 o CD2 (odo trasbordo) Fució Objetivo: Miimizar Z = Sujeto a las siguietes Restriccioes: X ij - j=1 b i = 0 i=1 C ij X ij, i=1 j=1 X ji = b i, para cada odo i j=1 4. Herramieta de cálculo de requerimietos de capacidad Ua vez que se obtiee los volúmees resultates del modelo de optimizació, estos so utilizados para determiar los requerimietos específicos de capacidad para cada ua de las etapas productivas y de las diferetes istacias de distribució. La herramieta costruida para este fi se basa e ua hoja de cálculo que mediate formulacioes determia los requerimietos, y tedrá dos bloques de plaificació: uo para producció y otro para distribució. E el proceso de diseño de la herramieta se cosideró separar la iformació e varias hojas que cotiee los Iputs y las formulacioes para la plaificació de recursos. Las hojas e meció so las siguietes: 1. INPUT 1 DEMANDA 2. RESUMEN VOL & COSTO 3. RESOURCE PLAN por Plata 4. RESOURCE PLAN por CD 5. ANALISIS Fiaciero A cotiuació se muestra la image de la herramieta costruida: Figura 3. Patalla de la herramieta de cálculo de requerimietos e excel La hoja INPUT 1 DEMANDA cotiee los volúmees de demada plaificados por año para u horizote de 5 años. Es importate señalar que de ésta hoja se alimeta la demada del modelo de optimizació por año. La demada se ecuetra repartida por distribuidor y por categoría. Adicioalmete se cueta co ua secció formulada para simular crecimietos de volúmees por año, cambios e la participació de las categorías y cambios e la participació por Distribuidor, este último puto se refiere a que existe la posibilidad de difereciar el crecimieto de los distribuidores (o zoas) a través de los años. Estas diferecias e crecimietos afectará directamete al modelo de optimizació y por lo tato a los requerimietos de capacidad calculados por la herramieta. La hoja RESUMEN VOL & COSTO es la hoja dode se ecuetra resumidos los resultados del modelo de optimizació para cada uo de los años del horizote de plaificació defiido. Estos resultados represeta el Iput pricipal de la herramieta e icluye los volúmees a producir por plata y los volúmees a maejar o distribuir por Cetro de Distribució. Tambié se detalla los costos de operació que so de vital importacia para el aálisis fiaciero que se realiza posteriormete. La hoja RESOURCE PLAN por Plata es la que cotiee toda la formulació para la determiació de los requerimietos de capacidad por Plata y por cada ua de las etapas productivas. Las etapas productivas a

4 ivel de cervecerías so las siguietes: Brewhouse, Cellars, Filtratio, BBT s y Packagig. La hoja RESOURCE PLAN por CD es la que cotiee la formulació para la determiació de los requerimietos de capacidad por cada Cetro de Distribució y por cada ua de las istacias de Distribució. Estas istacias so: Fulls Storage, Empties Storage, Truck Stagig T3, Truck Loadig T3, Truck Loadig T1 y T2, Gate area y Trucks required T3, T1 y T2. Es importate señalar que a este ivel, los recursos a plaificar está divididos e Recursos de Almaceamieto y Recursos de Flota. La última hoja se llama ANALISIS Fiaciero, ésta cotiee u resume de los costos calculados desde el Modelo de Optimizació hasta la Herramieta. Los costos se los ha dividido e Costos de Operació, tambié llamados OPEX, y los Costos de Capital de Iversió, tambié llamados CAPEX. La suma de ambos os da el costo total de la Red primaria de sumiistro o tambié coocido como Total Expediture. Los valores de OPEX se obtiee del Modelo de Optimizació por cada año, mietras que los valores de CAPEX se obtiee de las iversioes auales ecesarias desde Herramieta de cálculo de requerimietos. Al fial tambié se calcula el NPV (Net Preset Value), o e otras palabras, valor actual eto, para poder comparar y evaluar distitos escearios de Pla de Capacidades, que puede icluir, por ejemplo, atrasos e la iversió de capacidad sigificado fiacieramete u beeficio e el periodo de plaificació defiido. 5. Ejemplo de uso Para verificar el fucioamieto del modelo completo de plaificació y optimizació de capacidades costruido e esta tesis, se desarrolló u ejemplo que permitió explicar e forma práctica las fucioalidades del mismo. Los siguietes pasos fuero realizados para el ejemplo de uso: 1. Cargue de la demada para 5 años proveiete de Demad Plaig 2. Cargue de los costos operacioales uitarios y las capacidades de las platas 3. Corrida del Modelo de Optimizació por año 4. Actualizació de parámetros del la Herramieta de cálculo de requerimietos 5. Defiició de escearios 6. Corrida de la Herramieta de calculo de requerimietos 7. Aálisis de los resultados Como resultado de los tres primeros pasos se obtuvo lo siguiete: Volúmees a producir por plata y por año Volúmees a distribuir por tipo, por Cetro de Distribució y por año Costos operacioales totales por año A cotiuació los resultados obteidos para estos tres pasos iiciales: Tabla 2. Resultados de optimizació - ejemplo Ua vez que se actualizaro los parámetros detro de la Herramieta segú el paso 4, se procedió a defiir los escearios a evaluar. Las características de los escearios fuero las siguietes: Esceario 1) Utilizació máxima de capacidad al 90% Todo aumeto de capacidad será basado e icremetos por adquisió de equipos, es decir, o se presetará mejoras de productividad cambiado los parámetros claves. Esceario 2) Utilizació máxima de capacidad al 95%, co el afá de postergar iversioes de capacidad Los aumetos de capacidad se dará mediate el establecimieto de metas operativas para mejorar los parámetros claves y cuado sea ecesario, adquiriedo equipos adicioales. El Aálisis demostró que el esceario 2 es el mejor, debido a que los icremetos de productividad redujero sigificativamete los requerimietos de recursos así como tambié lo hizo la decisió de postergar o mover las iversioes hacia delate, resultado u beeficio fiaciero e el NPV o valor actual eto. E resume, e u ejemplo como el mostrado se puede llegar a obteer ahorros aprox. de $ 25 milloes, plateado, simulado y mejorado escearios del Pla de Capacidades co ua visió de largo plazo. 6. Coclusioes Se cumplió el objetivo de diseñar y costruir u modelo de optimizació para la eficiete asigació de volúmees por Cetro de Distribució y por Plata Productora miimizado los costos de operació (OPEX) e la Red Primaria de Sumiistro. Se cumplió el objetivo de aalizar los cuellos de botella e la Red. Para esto, se costruyó ua Herramieta de Cálculo de Requerimietos de

5 Capacidad que verifica los cuellos de botella y la utilizació de las capacidades productivas y de distribució, así como tambié calcula automáticamete los uevos requerimietos de recursos, cubriedo de esta maera el objetivo de costruir ua herramieta que proporcioe automáticamete los requerimietos de capacidades. Se diseñó y costruyó el modelo para que permita geerar simulacioes de cambios de parámetros claves y de tomar distitas decisioes de utilizació de capacidades. Ua correcta plaificació de capacidades o sólo se basa e las ecesidades de equipos, sio tambié e las metas operativas y estratégicas que debe ser colocadas año a año para icremetar la productividad de los procesos. Esto se traduce e grades ahorros fiacieros. 7. Recomedacioes Se recomieda diseñar u modelo robusto para el cálculo y defiició de Políticas de Ivetarios a largo plazo, debido a que o fue parte del alcace de este proyecto, si embargo, éste complemetaría al modelo ya que las políticas de ivetario tato de productos termiados como de evases retorables, afecta directamete a la determiació de requerimietos de capacidad de distribució y producció. 8. Referecias bibliográficas [1] Chase Richard B., Aquilao Nicholas J. & Jacobs Robert F., Admiistració de Operacioes, Maufactura y Servicios, Octava edició, Mc. Graw Hill, [2] Hillier & Lieberma, Itroductio to Operatios Research, Séptima Edició, MC. Graw Hill, [3] Jeremy F. Shapiro, Modelig the Supply Chai, Seguda Edició, DUXBURY, [4] Supply Chai Academy, Capacity Plaig course, Acceture, [5] Ia Joes, Joural Capacity Plaig ad Capacity utilizatio stadards, Octubre/ 2007 [6] The South Africa Breweries Ltd, Capacity Plaig Maual, Eero/ [7] F.C. Ted Westo, Joural The right place for a bottleeck: capacity plaig i a microbrewery is made easier with simulatio. Diciembre/ [8] Gox, Robert F., Joural Capacity plaig ad pricig uder ucertaity. Eero/ 2002

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