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Ingeniería e Investigación

versão impressa ISSN 0120-5609

Ing. Investig. v.31 n.2 Bogotá maio/ago. 2011

 

Modelo para la coordinación de agentes en un sistema logístico de la industria astillera colombiana

A coordination agents' model forthe Colombian shipbuilding industry'slogistics system

Wilson Adarme Jaimes1, Martín Darío Arango Serna2, Delio Alexander Balcázar3

1 Ingeniero Industrial, Universidad Industrial de Santander. Especialista de la gestión de la producción, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia-UPTC. Magíster en Ingeniería, Universidad de Valle. Candidato a doctor, Universidad Nacional de Colombia. Profesor asistente, Universidad Nacional de Colombia, Colombia. wadarmej@unal.edu.co

2 Ingeniero Industrial, Especialista en Finanzas, Magister en Ingeniería, Doctor en Ingeniería Industrial, Universidad Nacional de Colombia. Profesor Titular, Universidad Nacional de Colombia—Sede Medellín, Colombia. mdarango@unalmed.edu.co

3Ingeniero Industrial, Candidato a Magister en Ingeniería Industrial, Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Asesor empresarial e investigador de la línea de logística y gestión de la cadena de abastecimiento del grupo SEPRO, Universidad Nacional de Colombia, Colombia. alexefr@gmail.com


RESUMEN

Este artículo presenta los resultados de una investigación llevada a cabo por los grupos de investigación SEPRO y GICO, de la Universidad Nacional, en la industria astillera colombiana, que busca coordinar agentes autónomos en una cadena de suministro (CS) en un entorno descentralizado, donde los compradores (astilleros) tienen una configuración productiva por proyectos. Con este fin se desarrolló un modelo exacto de programación lineal multicriterio para reducir el déficit en el cumplimiento de la demanda y minimizarle el costo logístico a todos los miembros de la CS, considerando la autonomía inherente a sus integrantes y la necesidad de coordinar su operación logística, mediante el conocimiento de la demanda de clientes y la capacidad de los proveedores en los períodos del horizonte de planeación. El modelo propuesto logró disminuir los costos totales en un 0,047% de unidades monetarias, además de identificar en forma explícita los costos logísticos para una cadena tan compleja.

Palabras clave: coordinación, cadena de suministro, descentralización, planeación.

ABSTRACT

This paper presents the results of research carried out bythe GICO and SEPRO research groups affiliated to theUniversidad Nacional de Colombia regarding the Colombianshipbuilding industry to coordinate autonomousagents in a supply chain (SC), in a decentralised environment,where buyers (shipbuilders) have a project systemsetting production. An exact multi-criteria linear programmingmodel was developed for this purpose; it was aimedat reducing the deficit in meeting demand and minimisinglogistical costs incurred by all SC members, consideringautonomy as being inherent to them, and the need to coordinatelogistical operation through knowledge of customerdemand and suppliers' target planning ability. Theproposed model was able to reduce total costs by 0,047%monetary units, and explicitly identify logistical costs as achain complex.

Keywords: coordination, supply chain, decentralisation, planning.


Recibido: junio 02 de 2011

Aceptado: julio 24 de 2011

Introducción

En el contexto logístico Simchi Levi (2003) define la administración de CS como la integración efectiva de proveedores, productores, almacenes y tiendas, de manera que las mercancías sean producidas y distribuidas en las cantidades y lugares adecuados y en el tiempo justo, buscando minimizar el costo total del sistema, mientras se satisfacen los requerimientos de servicio. La integración de la CS en la actualidad es considerada un instrumento importante para construir y sostener ventajas competitivas (Yan et al., 2008).

La coordinación de las actividades logísticas es un proceso de gestión de dependencias entre las actividades desarrolladas al interior de una CS, atendiendo prerrequisitos esenciales para una gestión exitosa de ésta (Lambert et al., 2000). Otros investigadores (Speakman et al., 1998) sostienen que sólo mediante estrechos vínculos de colaboración por medio de la CS se pueden alcanzar los beneficios de la reducción de costos y mejorar el comportamiento de ingresos. Según Arshinder et al. (2008), la coordinación en una CS incrementa las ventas, disminuye los tiempos de entrega y los excesos de inventario y costos; mejora el servicio al cliente, la flexibilidad y los ingresos, y permite un aumento en la capacidad de retención de los clientes.

En la industria marítima los astilleros desempeñan un papel esencial, por cuanto ofrecen servicios de construcción y reparación de artefactos navales, donde no se encuentran metodologías detalladas, ni modelos de coordinación de agentes, particularmente en Colombia. Esta condición hace significativa la propuesta aquí descrita, teniendo en cuenta que el transporte marítimo es uno de los principales pilares de la economía y el comercio mundial, pues el comercio por el mar representa cerca del 95% del total de las operaciones globales (Gómez, 2010).

El modelo de coordinación entre agentes de la industria astillera toma de referencia los astilleros como compradores en un ambiente descentralizado, en el cual los actores toman decisiones de manera autónoma y sin considerar las actividades de los otros miembros. El artículo incluye antecedentes, evaluación de referentes utilizados en el modelo matemático, metodología, resultados, conclusiones y la discusión relevante de la investigación.

Antecedentes

En Colombia surge la necesidad de estudiar la operación logística de las CS en el sector astillero, concentrado en la ciudad de Cartagena, donde se encuentran: Astivik S. A., Cotecmar, Ferroalquimar S. A. y Navtech S. A. Estas organizaciones presentan una configuración productiva por proyectos de construcción o reparación de artefactos navales que demandan la adquisición de materias primas ofrecidas por proveedores nacionales e internacionales. Es así como cada proyecto representa un agente dentro del nivel de transformación en la CS y cada proveedor representa otro en el nivel de abasto.

Al interior de su CS cada agente del ámbito de transformación toma sus decisiones de manera autónoma, considerando las restricciones de los agentes del ámbito abasto, también autónomos. La investigación que motivó el presente artículo ha logrado determinar que en lo estratégico, donde se identifican proveedores, capacidades, tipos de flota, modos y medios de transporte, reglas de negociación y acuerdos entre las partes, resulta importante y necesaria la coordinación entre los intervinientes, lo que no sucede en el sector de los astilleros colombianos, implicando incrementos en costos y deficiencias en los sectores de servicio al cliente. La complejidad en el funcionamiento de estos sistemas, y la carencia de estudios relativos a la aplicación de modelos de coordinación entre agentes de la SC, motivó esta investigación. Se propone un modelo exacto orientado a coordinar agentes autónomos en un sistema por proyectos, con capacidad finita en almacenamiento y en los medios de transporte, donde la autonomía pueda mantenerse y se garantice un funcionamiento coordinado de la CS.

El modelo ofrece los medios para establecer políticas, reglas y mecanismos de negociación que permitan crear un espacio en el que los proyectos (sector de transformación), proveedores (sector de bastecimiento) y transportistas (sector de distribución) operen de manera independiente y a su vez trabajen en forma coordinada, con el fin de mejorar el desempeño de la operación logística y acceder a los beneficios de la coordinación, bajo una configuración productiva por proyectos.

En coordinación se destacan los trabajos de Sucky (2006) y sus modelos de negociación con información asimétrica; Jaber et al. (2008) investigan sobre la coordinación de cantidades a pedir en una CS centralizada de tres niveles, y Romero et al. (2009) estudian un ambiente de coordinación en una CS descentralizada de dos niveles. Entre las estrategias de coordinación se tiene el desarrollo conjunto de órdenes (DCO), analizada por investigadores como Banerjeé (1986) y Lau et al. (1994); épocas comunes de resurtido (Viswanathan & Piplani, 2001) e inventario administrado por el proveedor (VMI), destacadas por Dong et al. (2002), Yao et al. (2008) y Arango et al. (2010), entre otros.

Una rigurosa revisión bibliográfica demuestra que no se registran aportes al estado del arte sobre modelos de coordinación en lo estratégico aplicados a la industria astillera colombiana. En tal sentido, se propone un modelo para esta industria que guíe la acción en decisiones que comprometan en forma conjunta a compradores, vendedores y transportistas.

Metodología

La investigación incluye la evaluación de organizaciones específicas del sector astillero colombiano ubicadas en la ciudad de Cartagena por medio de estudios realizados en los últimos tres años, en los que se contó con la participación de empresarios, trabajadores e investigadores en reuniones, aplicación de encuestas y observación directa del sistema logístico; se utilizaron los procedimientos sugeridos por el IIRSA (2006) para caracterizar CS, lo cual permitió determinar los parámetros de costos y capacidades requeridos en el modelo. Las variables relevantes fueron frecuencia y tamaño de pedido, y medios de transporte utilizados.

Se evaluaron estudios disponibles a nivel nacional sobre la industria astillera y el estado del arte de modelos de coordinación, estrategias, mecanismos y reglas de negociación para empresas que operan en producción por proyectos. Se logró determinar que los modelos utilizados para el abasto en estas organizaciones pasan por sistemas clásicos de gestión de inventarios como el EOQ (Economic Orden Quantity) y SilverMeal, asumiendo que el poder en la CS lo tiene el comprador. Se evidenció que dentro de la literatura especializada no existen propuestas para la integración y coordinación de agentes en el contexto de la industria astillera tanto colombiana como latinoamericana, por lo que fue diseñado el modelo propuesto y programado en código GAMS, con interface en Visual Basic para efectuar un análisis y una evaluación de escenarios. Los parámetros son de carácter determinístico y se aplicaron dos instancias, comparando el modelo propuesto frente al modelo tomado como base.

Modelo propuesto

El modelo corresponde a una red en la que proveedores i suministran materias primas e insumos tipo p ak plantas durante t períodos de tiempo en medios de transporte tipo s. Estas plantas no realizan procesos de transformación; se encargan de la gestión de compra y abastecimiento de las materias primas a j clientes. Se tomó como base un modelo clásico de programación lineal mixta ampliado, con el objetivo de minimizar costos en una CS de tres proveedores, dos plantas y tres clientes (dos son atendidos por la planta uno y uno por la planta dos) que demandan tres productos transportados en tres tipos de medios de transporte, durante un horizonte de planeación de tres quincenas; posteriormente se transformó en un modelo de programación por metas con el objetivo de disminuir las desviaciones con respecto al cumplimiento de la demanda.

La simbología, la nomenclatura utilizada, y su definición, es:

Índices usados en el modelo: I índice del proveedor, i = 1,…,m; j índice del cliente, j = 1,…,n; k índice de la planta, k = 1…, K.p índice de referencia de producto, p = 1,…,q.; t índice del período de consumo, t = 1,…,T.s índice del tipo de transporte definido por capacidad s única asociada s = 1,…,S

Supuestos del modelo: Existe un flujo libre de información entre los actores de la cadena. Los tiempos de entrega se tienen en cuenta en la planeación estratégica del abastecimiento de la cadena. Se asume que los precios de compra permanecen constantes durante el horizonte de planeación. La distancia geográfica entre las plantas y sus respectivos clientes es mínima, se asume un lead time de cero. El período de tiempo unitario utilizado en el modelo es la mitad de un mes, durante un horizonte de planeación de un año. El modelo no contempla flujos inversos, ni la caducidad de los productos o el desperdicio. No existe transformación de las materias primas en los nodos intermedios de la cadena. Los costos fijos están asociados a las actividades administrativas necesarias para que sea realizado un envío sin importar el número de unidades. Existen restricciones de volumen en capacidad de almacenamiento y de transporte.

Parámetros:

i. Parámetros proveedor

CFi,k,s Costo fijo desde el proveedor i hasta la planta k usando el medio de transporte de capacidad s.

CVpi,k,s Costo variable de transporte de una unidad de cada referencia única de producto tipo p, desde el proveedor i hasta la planta k usando el medio de transporte tipo s.

chpiCosto de mantener inventario de una unidad de cada referencia de producto p por el proveedor i en el periodo t.

CO pi,t Capacidad de oferta del proveedor i de producto tipo p en el periodo t.

ED i,t Espacio total disponible para inventario con el que cuenta el proveedor i en el periodo t .

NV i,k,t,s Número máximo de viajes que puede hacer un medio de transporte s en el periodo t desde el proveedor i hasta la planta k.

ii. Parámetros Planta

CF k,j,s Costo fijo de transporte desde la planta k hasta el cliente j usando el medio de transporte tipo s.

CVpk,j,s Costo variable de transporte de una unidad de cada referencia de producto tipo p desde la planta k hasta el cliente j usando el medio de transporte tipo s.

Chpk Costo de mantener inventarios de una unidad de cada referencia de producto p para la planta k en el periodo t.

bj,k Matriz j x k que contiene valores binarios [0,1], de acuerdo con la asignación de clientes a las plantas.

SS pk,tUnidades de producto tipo p que debe mantener la planta k en el periodo t como stock de seguridad.

EDk,t Espacio disponible para inventario con el que cuenta la planta k en el periodo t .

NVk,j,t,s Número máximo de viajes de un medio de transporte tipo s en el periodo t desde la planta k hasta el cliente j.

iii. Parámetros Cliente.

ch pj Costo de mantener inventarios de una unidad de cada referencia única de producto p por el cliente j en el periodo t.

Dpj,t Demanda de producto p que debe cumplir el cliente j en el periodo t.

SS pj,t Unidades de producto tipo p que debe mantener el cliente j en el periodo t como stock de seguridad.

pc pPrecio de compra para la planta de una unidad de producto tipo p.

PD j,t Presupuesto total con el que cuenta la planta k en el periodo t.

ED j,t Espacio disponible para inventario con la que cuenta el cliente j en el periodo t.

iv. Parámetros generales.

hp Espacio en metros cúbicos requerido para almacenar una unidad de producto tipo p.

a p Espacio en metros cúbicos requerido para transportar una unidad de producto tipo p.

CCs Capacidad de carga (volumen) por cada unidad de medio de transporte tipo s.

v. Variables de Decisión.

x p i,k,t,s Unidades de producto tipo p enviadas desde el proveedor i hasta la planta k en el periodo t en el medio de transporte s.

y p k,j,t,s Unidades de producto tipo p enviadas desde la planta k hasta el cliente j en el periodo t utilizando el medio de transporte s

I p i,t Nivel de inventario de producto tipo p que mantiene el proveedor i en el periodo t.

I pk,t Nivel de inventario de producto tipo p que mantiene la planta k en el periodo t..

I p j,tNivel de inventario de producto tipo p que mantiene el cliente j en el periodo t.

U k,j,t,s Número de viajes a realizar desde la planta k hasta el cliente j usando el medio de transporte tipo s en el periodo t.

Ui,k,t,s Número de viajes a realizar desde el proveedor i hasta la planta k usando el medio de transporte tipo s en el periodo t.

desj,t(-) Variable de desviación que indica faltante de inversión en productos frente al presupuesto disponible.

desj,t(+) Variable de desviación que indica exceso de inversión en productos frente al presupuesto disponible.

desct (+) Variable que establece la desviación por debajo del costo mínimo.

desct (-) Variable que establece la desviación por encima del costo mínimo.

desdemp,j,t(-) Variable que establece la desviación por encima en el cumplimiento de la demanda.

desdemp,j,t(+) Variable que establece la desviación por debajo en el cumplimiento de la demanda.

Modelo básico:

Se presenta el modelo básico de gestión de la CS, ampliado con el concepto de planeación conjunta en integración con proveedores; también se incluyen las consideraciones del manejo de inventarios por parte del proveedor, los costos del transporte y el inventario del proveedor, con el objetivo de lograr la disminución conjunta de los costos de la CS.

i. Función objetivo.

ii. Restricciones.

Condiciones iniciales:

I pi,o = Kte    ∀i = 1,…, m,p = 1,…,q;I pj,o = Kte2

∀j = 1;…, m ,p =1,…,q;I p K,O = Kte3 ∀ =1,…,m,p = 1,…,q

Donde Kte, Kte2 y Kte3 representan los niveles iniciales de inventario.

Sujeto a:

Condiciones finales:

I pj,T = Kte4     ∀j =1,…,mp = 1,…,q ; Kte4 ≥ SS pj,t

I pk,T = Kte5     ∀k =1,…,mp = 1,…,q ; Kte5 ≥ SS pk,t

Kte4 y Kte5 son los niveles deseados de inventario al final del horizonte de planeación T.

Modelo transformado para minimizar el déficit:

En este modelo de programación lineal por metas el objetivo es el de la minimización del déficit, en lugar de la minimización del costo total. Además se eliminan los inventarios en el comprador, como consecuencia de la planeación integrada y centralizada por medio del centro de acopio. Se eliminan las restricciones (3), (5), (9) y las condiciones de inventario inicial y final en el nodo j.

i. Función objetivo transformada

ii. Restricciones adicionales para el modelo de mínimo déficit.

Resultados

Al desarrollar un modelo para la coordinación de agentes de la CS en la industria astillera colombiana se proporciona una herramienta que soporta la gestión de las relaciones entre proveedores, transportadores y compradores de manera integral, minimizando el déficit en el abastecimiento a los proyectos y considerando los costos de todos los actores.

Al aplicar el modelo básico ampliado a una instancia particular se obtiene que los costos totales son 105.746.633 unidades monetarias (um) frente al modelo con el objetivo de minimizar el déficit (17) con un costo de 105.696.939 um, presentando una disminución del 0,047 %.

Las principales diferencias entre los resultados de aplicar los dos modelos se presentan en la variación de los niveles de inventario en las plantas (tabla 1), y el período de envío de los pedidos a los proyectos a pesar de que las cantidades totales enviadas en ambos modelos son iguales (tabla 2). Al eliminar los inventarios en los proyectos las plantas aumentan su nivel, período a período, para garantizar el cumplimiento de la demanda. Es importante resaltar que al aplicar los dos modelos no se presentan cambios en la cantidad enviada desde los proveedores a los clientes ni en los periodos de envío o el número de viajes. Teniendo en cuenta la estructura de los modelos planteados y los parámetros utilizados, la diferencia significativa observada al compararlos es la disminución en los costos debido a la eliminación de los inventarios en el nodo final y el cambio en los niveles de inventario de las plantas.

Conclusiones y discusión

Se ha propuesto un modelo matemático novedoso para la planeación estratégico-táctica de la CS en la industria astillera colombiana en una red de actores autónomos que interactúan en un entorno descentralizado, introduciendo además una propuesta de coordinación para minimizar el costo de los integrantes de la CS, contemplando la estrategia de distribuir la responsabilidad en el manejo de los inventarios en los nodos de inicio e intermedios de la cadena, con el objetivo principal de disminuir el déficit en el cumplimiento de la demanda.

Esta manera de administrar el inventario en los astilleros requiere de un flujo de información preciso, alto nivel de compromiso por los actores de la cadena, y considerar elementos como contratos, relaciones de estatus y poder, y beneficios compartidos, que desempeñan un papel fundamental para el éxito en el proceso de planeación de la SC. Además, al centralizar el manejo de los inventarios en los centros de acopio se facilita el control de las cantidades en proceso, las órdenes comprometidas, el desecho, el desperdicio y la obsolescencia de materiales.

De acuerdo con los resultados del trabajo realizado por los grupos de investigación, en el modelo presentado se propone la centralización parcial de la CS realizando el proceso de planeación conjunta del abastecimiento y la distribución global en un eslabón intermedio de la cadena que se encargue de generar el plan general de abastecimiento, inventario y distribución que guíe las acciones conjuntas de los miembros de la cadena en procura del cumplimiento de la demanda estimada del cliente final durante el período de planeación, contemplando los datos de la demanda y la oferta agregada conjunta, así como las condiciones y restricciones de producción, almacenamiento y capacidad de los diferentes nodos y arcos.

Investigación futura

Para trabajos posteriores es posible realizar la extensión del modelo contemplando la comparación de la propuesta frente a estrategias como VMI. Actualmente los grupos de investigación trabajan en la inclusión del manejo de externalidades de las operaciones logísticas, en el ámbito del manejo de devoluciones y desperdicios, como factores relevantes.


Referencias

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