BALANCEO DE CARGA ACADÉMICA EN EL DISEÑO DE UN CURRÍCULUM BASADO EN COMPETENCIAS

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1 BALANCEO DE CARGA ACADÉMICA EN EL DISEÑO DE UN CURRÍCULUM BASADO EN COMPETENCIAS Martín G. Solar Monsalves Facultad de Ciencias de la Ingeniería Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile. Casilla 567, Valdivia RESUMEN El principal objetivo de este trabajo es aplicar heurísticas de optimización para balancear la carga académica en una malla curricular basada en competencias. La malla curricular está basada en secuencias de subcompetencias y capacidades previas, necesarias para lograr las competencias finales. Para efectuar el balance de carga, se utilizó un programa computacional que ejecuta la heurística Ranked Positional Weight (RPW) en la modalidad SALBP-1. Se aplicó esta heurística a un bosquejo de malla curricular para el ciclo de licenciatura de la carrera de Ingeniería Civil en Informática de la Universidad Austral de Chile. Los resultados obtenidos demuestran la eficacia de estas heurísticas en el diseño de mallas curriculares eficientemente balanceadas, sobre todo cuando existe una gran atomización de contenidos como ocurre en un currículum basado en competencias.

2 INTRODUCCIÓN Definiciones básicas El balanceo de líneas de ensamble consiste una distribución de las actividades secuenciales de trabajo en los centros laborales para lograr el máximo aprovechamiento posible de la mano de obra y del equipo y de ese modo reducir o eliminar el tiempo ocioso. Las actividades que son compatibles entre sí, se combinan en grupos de tiempos aproximadamente iguales que no violan la procedencia de las relaciones. La duración del tiempo de trabajo (o de operación), que cada componente de un centro de trabajo tiene disponible, es el ciclo de tiempo, C, el cual es definido en ecuación (1). C = (Tiempo disponible / período) / ( Unidades requeridas / período) (1) El número teórico (ideal) de trabajadores que se requiere en la línea de montaje es el resultado de multiplicar el tiempo que necesita un trabajador para terminar una unidad por el número de unidades necesarias, dividido entre el tiempo disponible. Por lo tanto, Número mínimo teórico de trabajadores = t / C (2) donde t es la suma del tiempo actual requerido por cada trabajador para terminar una unidad. Un balanceo eficiente reducirá al mínimo posible la cantidad de tiempo ocioso. La eficiencia del balance (Ef B ), se calcula como: Ef B = t / (C*M) (3) donde C es el ciclo de tiempo por estación y M es el número real de estaciones [4]. Generalmente, los problemas de balanceo de líneas de montaje se agrupan en dos categorías: SALBP (Simple Assembly Line Balancing Problem) y GALBP (General Assembly Line Balancing Problem). El primer tipo de problema (SALBP) consiste en diseñar un conjunto de estaciones de trabajo (cada una de ellas asignada a un operario, grupo de trabajo o robot), con idéntico tiempo de ciclo o tasa de producción, a partir de un conjunto de tareas elementales con duraciones preestablecidas. El objetivo del problema admite tres variantes: (1) minimizar el número de estaciones para una tasa de producción prefijada, problema conocido como SALBP-1; (2) minimizar el tiempo de ciclo asignado a cada operario para un número de estaciones establecido, denominado SALBP-2; y (3) minimizar el tiempo ocioso asignado a cada operario, equivalente a maximizar la eficiencia de la línea, para un número de estaciones enmarcado entre un número mínimo y máximo: SALBP-E. 1

3 La segunda categoría, GALBP, incluye el resto de problemas. Dentro de esta categoría entran los problemas que tienen en cuenta otras restricciones adicionales, como estaciones en paralelo, agrupaciones de tareas, incompatibilidades entre tareas, así como otras funciones objetivo [1]. Dado el alto costo computacional (tiempo) que tienen los procedimientos de resolución exacta para problemas SALBP, generalmente se utilizan heurísticas de resolución, tales como: Ranked Positional Weight (RPW), técnica COMSOAL y técnica de Kilbridge y Wester. La heurística RPW es una de las heurísticas más utilizadas y fue desarrollada por Helgeson y Birnie (1961) para resolver problemas SALBP-1 [6]. Este procedimiento consiste en moverse hacia abajo en el diagrama de red, seleccionando primero aquellas tareas que tienen los tiempos de actividad más largos, pero que se mantienen dentro del ciclo de tiempo disponible en la estación de trabajo, mientras cumplan los requerimientos de precedencia [2, 4]. Antecedentes preliminares En un trabajo previo [9], se aplicó la heurística de optimización Ranked Positional Weight (RPW), en la modalidad SALBP-2, para efectuar una balanceada definición de tres competencias secuenciales dentro de una malla curricular. El modelo utilizado supuso competencias que agrupan a diferentes asignaturas, existiendo restricciones de precedencia para cada una de las competencias. Este modelo es muy útil para el caso de diseño curricular por competencias, en donde cada competencia es definida de acuerdo al perfil de egreso. En contrapartida, el diseño curricular basado en competencias define secuencias de subcompetencias previas, necesarias para lograr las competencias finales. De este modo, para completar una competencia se debe recorrer una secuencia de subcompetencias y capacidades intermedias que declaran el nivel de logro. Esto introduce un gran nivel de complejidad en el diseño curricular, considerando la restricción de obtener una carga académica balanceada para los alumnos. Considerando esta restricción, en el diseño curricular basado en competencias es necesario abordar el problema de balanceo de carga académica como un problema de optimización del tipo SALBP-1. Esto, porque pedagógicamente es dada la restricción de carga académica máxima que soporta un alumno promedio (Ciclo de tiempo) y el problema es minimizar el número de semestres (o trimestres, bimestres, etc.) a cursar, respetando las restricciones de precedencia para cada una de las competencias y subcompetencias. DESARROLLO En al marco del proyecto RINAC (Red Interuniversitaria Nacional para el Aseguramiento de la Calidad), la carrera de Ingeniería Civil en Informática de la Universidad Austral de Chile se encuentra trabajando en el rediseño de su malla curricular de acuerdo a la metodología de currículum basado en competencias. 2

4 Siguiendo esta metodología, la carrera ha definido para su ciclo de licenciatura, como una primera aproximación, tres dominios, cada uno de los cuales incluye diferentes competencias, como se describe en Tabla N 1. Tabla N 1: Competencias por dominio del conocimiento. Dominio Gestión de tecnologías Ingeniería de Software y Modelamiento de Datos Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC s) Competencias Desarrollo de Sistemas de Apoyo a la toma de decisiones Desarrollo de Sistemas de Información Estratégicos Desarrollo de Sistemas de Información Administrativa Desarrollo de Modelos de Datos Tecnologías de la Información y Comunicaciones (TIC s) En la Figura N 1 se muestra la forma como se enlazan estas competencias con sus respectivas subcompetencias y capacidades, así como la carga académica expresada en horas presenciales. Conviene aclarar aquí que todo este modelo corresponde sólo a una primera aproximación. Por este motivo, ni las competencias, ni las subcompetencias, ni las capacidades están definidas completamente, es decir, carecen de acción, constructo conceptual y contexto, que es como formalmente debieran ser definidas. El modelo presentado corresponde solamente a un primer bosquejo que representa las ideas principales con énfasis en las relaciones de precedencia, que es lo necesario para cumplir el objetivo de este trabajo. Para llevar a cabo el proceso de balanceo de carga académica, se utilizó el software ProjectOK 3.0 [11], el cual funciona en conjunto con MS-Project. El procedimiento empleando consta de los siguientes pasos: Introducir en MS-Project las competencias, subcompetencias y capacidades con sus respectivas duraciones y dominios a los cuales pertenecen. A las competencias y subcompetencias se les asigna duración cero. Las duraciones de las capacidades se calculan como el doble de los créditos presenciales, como una forma de estimar la carga académica real para el alumno. Un bosquejo parcial de esta entrada de datos se presenta en Tabla N 2. Ejecución del software ProjectOK, opción SALBP-1. Aparece un cuadro de diálogo como el mostrado en Figura N 2. Ahí se introduce el ciclo de tiempo, que para efectos del ejemplo desarrollado en este trabajo se estima en 44 créditos (carga académica máxima). Después de introducir el ciclo de tiempo, aparecen un cuadro de diálogo (Figura N 3) con los resultados generales de la optimización, esto es, el número de estaciones de trabajo (semestres) y la eficiencia del balance. Para el caso de nuestro ejemplo se obtuvieron 7 semestres. 3

5 Paralelamente, en la hoja de MS-Project se obtiene la asignación óptima de cada una de las capacidades al semestre que le corresponde, respetando todas las relaciones de precedencia, tal como se muestra parcialmente en Tabla N 3.. En forma adicional pueden obtenerse los resultados SALBP-E, ahí se obtiene una eficiencia máxima de balance de 97.33% para 5 semestres con una carga académica de 60 créditos, lo cual es evidentemente una sobrecarga. igura N 1: Definición de competencias, subcompetencias y capacidades para el ciclo de licenciatura de la carrera Ingeniería Civil en Informática, U. Austral de Chile. 4

6 Figura N 2: Menu ProjectOk, opción SALBP-1 Figura N 3: Resultados SALBP-1 Tabla N 2: Ingreso de capacidades, competencias y subcompetencias en MS-Project.. Tabla N 3: Resultados parciales del balanceo de carga académica 5

7 CONCLUSIONES Cuando los programa curriculares se estructuran en base a competencias, la definición de éstas, más sus subcompetencias y capacidades implica una gran atomización de contenidos. Cada uno de estos contenidos tiene su propia relación de precedencias y carga académica para el estudiante. Un eficiente balanceo de esta carga no es una tarea fácil de resolver manualmente. Por esta razón, la heurística de optimización RPW en la modalidad SALBP-1, constituye una valiosa herramienta para el diseño balanceado de mallas curriculares basadas en competencias. REFERENCIAS BAUTISTA, J.; PEREIRA, J Algoritmos de hormigas para un problema de equilibrado de líneas, presented at the V Congreso de Ingeniería de Organización, Valladolid-Burgos, 4-5 Septiembre BECKER, CH.; SCHOLL A A survey on problems and methods in generalized assembly line balancing. Invited review for the special issue Balancing of automated assembly and transfer lines of the European Journal of Operational Research. 6

8 IGLESIAS JUAN El aprendizaje basado en problemas en la formación inicial de docentes. Perspectivas. Vol. XXXII, N 3. MONKS, J. Administración de Operaciones. Ed. McGraw-Hill, México SCHOLL, A Data of assembly line balancing problems. Schriften zur Quantitativen Betriebswirtschaftslehre 16/93, TU Darmstadt. SCHOLL, A.; BECKER, CH State-of-the-art exact and heuristic solution procedures for simple assembly line balancing. Invited review for the special issue Balancing of automated assembly and transfer lines of the European Journal of Operational Research. SCHOLL, A.; BECKER, CH A note on An exact method for cost-oriented assembly line balancing. SCHOLL, A.; KLEIN R ULINO: Optimally Balancing U-Shaped JIT Assembly Lines. International Journal of Production Research, 37. S SOLAR MARTIN Implementación de una heurística de optimización como herramienta de apoyo en el diseño de competencias en una malla curricular. Actas XVIII Congreso Chileno de Educación en Ingeniería (SOCHEDI 2004), Concepción, Chile. SOLAR MARTIN Development of an assembly line balancing, SALBP-E type, using Ranked Positional Weight (RPW) heuristics; International Conference on Production Research; Santiago; Agosto de SOFTWARE ProjectOK 3.0. Descripción de funcionalidades. Disponible en (Accesado en Agosto de 2006). 7