CONSTRUCTION MATERIALS TRANSPORT AND DISTRIBUTION ANALYSIS USING DISCRETE SIMULATION IN 3D

RODRIGO A. GÓMEZ M
I. I., M Sc, Investigador, Grupo de Investigación Modelamiento de la Gestión de Operaciones(GIMGO), Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, ragomez@unal.edu.co

ALEXANDER A. CORREA E.
Ph.D Profesor Escuela Ingeniería de la Organización, Facultad de Minas, Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, alcorrea@unal.edu.co

Recibido para evaluación: 19 de Septiembre de 2011 / Aceptación: 30 de Octubre de 2011 / Recibida versión final: 2 de Diciembre de 2011

El artículo tiene como objetivo utilizar simulación discreta para representar y analizar el desempeño de los procesos de transporte y distribución en empresas mineras de materiales de construcción. Para alcanzar este propósito, se cubren temas como: materiales de construcción, simulación discreta, transporte y distribución. Como resultado del artículo, se obtiene que la simulación discreta permita analizar desempeño del transporte y distribución de manera cuantitativa permitiendo medir cantidades movilizadas, eficacia de los procesos, utilización de recursos. Esto se evidencia en el caso de aplicación de referencia de una empresa que explota Arena en Átaco Tolima dónde se obtuvo una medición cuantitativa de los tiempos promedios de rutas (ruta 1 y 2, tienen en promedio un tiempo de recorrido de 163 y 347 minutos aproximadamente, cantidad de pedidos a los clientes entregados a tiempo (60% de eficacia) y medición cuantitativa de la capacidad utilizada de los recursos logísticos (30%). Además, se debe resaltar los beneficios de utilizar simulación discreta y GOOGLE EARTH ® en el análisis de sistemas de transporte y distribución para la medición de distancias de rutas y ubicación geográfica.

PALABRAS CLAVE: Materiales de construcción, Simulación discreta, Transporte, Distribución, Aprovechamiento de recursos, Ataco, Tolima, Colombia

ABSTRACT

The paper aims to use discrete simulation represent and analyze the performance of transport and distribution processes of Construction Materials. To achieve this purpose, it covers topics such as materials construction, discrete simulation, transportation and distribution. As result of the paper, you get that allows discrete simulation performance analysis of transport and distribution of a quantitative allowing to measure amounts mobilized, processes efficiency, resource utilization. This is evident in the case of application of reference to a company operating in Ataco Tolima Arena where obtained a quantitative measure of the average times of routes (route 1 and 2 have an average running time of 163 and 347 minutes about number of customer orders delivered on time (60% efficiency) and quantitative measurement of capacity utilization logistical resources (30%). Furthermore, it should highlight the benefits discrete simulation using GOOGLE EARTH ® and the analysis of transmission and distribution systems for measuring distances routes and location.

KEYWORDS: Construction materials, Discrete simulation, Transport, Distribution, Use of resource, Ataco, Tolima, Colombia

1. INTRODUCCIÓN

En la última década la minería en Colombia ha contribuido a la dinamización de la economía nacional a través del crecimiento de las exportaciones de minerales como el carbón, atracción de inversión extranjera en proyectos de exploración y explotación. Inclusive, el PIB minero representa un 1.6% del total nacional, el cual, se encuentra valorado en $4.4 billones, según el DANE en el 2009(UPME, 2010).

Los materiales de construcción son una cadena productiva del sector minero colombiano orientado a la exploración, explotación y comercialización de minerales como Arena, Calizas, Arcillas, que son utilizados en procesos de producción industrial, construcción de viviendas e infraestructura, de allí la importancia de esta cadena en el desarrollo social y económico del país(Cárdenas y Reina,2008). Respecto a su tamaño, se puede indicar que en el 2010, la producción alcanzó las 11.766.895 Toneladas.

Por los motivos expuestos, el presente artículo tiene como objetivo utilizar simulación discreta en 3D para representar, estudiar y analizar el desempeño de los procesos de transporte y distribución de la minería de materiales de construcción. Respecto al público del artículo son profesionales, investigadores y estudiantes interesados en conocer herramientas que mejoren el análisis y aprovechamiento de los recursos naturales.

El artículo se estructura en tres partes. La primera es una contextualización teórica y aproximación al estado del arte de la minería de materiales de construcción, la relación con los sistemas de transporte y distribución, y la simulación discreta 3D. La segunda, consiste en el desarrollo de un caso de aplicación que permite la representación en 3D y análisis de desempeño del proceso de transporte y distribución de una empresa minera de materiales de construcción ubicada en Átaco Tolima utilizando simulación discreta con el software SIMIO SIMULATION ® y GOOGLE EARTH®. Finalmente, se presentan las conclusiones.

2. MINERÍA DE MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN Y SU RELACIÓN CON LOS SISTEMAS DE TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN

En la minería colombiana se explota y comercializan diferentes tipos minerales como: carbón, oro, ferroníquel, materiales de construcción, esmeraldas, entre otros. El carbón y el oro pueden considerarse los minerales más representativos del sector por el crecimiento de volúmenes de exportación aproximadamente en 19.4% por año desde el 2005 y un valor económico de 1537 millones de dólares (Upme, 2010)(SIMCO,2011). Esta situación, refleja la importancia de estos minerales en la economía nacional. Por su parte, los minerales no metálicos, dentro de los cuales se consideran los materiales de construcción no representan un aporte tan importante en volúmenes de exportación, el PIB minero, inversión extranjera, como el carbón y el oro, estos son fundamentales para el desarrollo de la economía nacional en el sector de la construcción, incidiendo directamente en el costo de las edificaciones e infraestructura que se encuentran entre el 29,6% en viviendas al 15.8% en obras de infraestructura vial (UPME,2004b) (Cárdenas y Reina, 2008).

La minería de materiales de construcción se explota en diferentes regiones como: Sabana de Bogotá (Arenas y Arcillas), Luruaco, Ataco-Payande (Arena, Caliza y Arcillas), Oriente y Nordeste Antioqueño(Arenas, Calizas y Arcillas), Paz del Rio(Calizas) y Puerto Nare (Caliza)(SIMCO,2011). Según UPME (2004b): "el comportamiento de los materiales de construcción, que en la última década vienen ganando protagonismo, el cual esta asociado al comportamiento del sector construcción nacional que durante los últimos años ha mostrado gran dinámica y se ve reflejado en la producción de caliza de la industria cementera, que alcanzó su máxima producción durante el año 2007 con 13.229.235,24 de toneladas".

En la productividad de la minería de materiales de construcción pueden considerarse diferentes factores como: técnicas y tecnologías de explotación, sistemas de transporte interno, comercialización, entre otros aspectos. De los diferentes factores el transporte cobra importancia por el impacto de los costos en el precio de venta, la rentabilidad de la operación minera y el cumplimiento de las condiciones pactadas en tiempo, cantidad y calidad a los clientes, lo cual, incide en su satisfacción. De allí, la importancia de la adecuada gestión, diseño y mejoramiento del transporte en este tipo de mineral.

El transporte y la distribución son procesos logísticos en la cadena de suministro o productiva de los materiales de construcción en Colombia, que permiten movilizar el mineral entre la cantera, patio de almacenamiento o distribución y los clientes ubicados en diferentes lugares geográficos del país (Jacoby y Minten, 2008), (Sánchez, 2008).

El transporte consiste en la transferencia de los productos o minerales desde un punto geográfico de oferta a otro de demanda utilizando diferentes medios como: camiones, férreo, marítimo o fluvial, áereo y ductos (Robusté, 2005). A continuación, se presenta las características de cada uno de los medios listados (ver Tabla 1)

Tabla 1. Medios de transporte

En la minería de materiales de construcción en Colombia generalmente, se utilizan camiones(volquetas de dos y tres ejes) debido al volumen de la carga en toneladas que se moviliza, la infraestructura de las regiones y la disponibilidad de este medio de transporte.

Por su parte, la distribución puede definirse como la gestión de medios de transporte, instalaciones para el cargue, descargue, productos o materiales de construcción que se distribuyen para satisfacer las necesidades de los clientes considerando tiempos de entrega y costos (Robusté, 2008), (Sanchéz, 2008). Por estos motivos, la distribución se convierte en una estrategia que permite que la empresa atienda los pedidos de los clientes en la cadena de suministro considerando las condiciones de calidad, tiempo, lugar y costos, lo cual, es determinante en la eficiencia y eficacia del sistema logístico de las empresas mineras de materiales de construcción.

Para una adecuada gestión, diseño y mejoramiento de los sistemas de transporte y distribución de los materiales de construcción, se pueden utilizar diferentes técnicas cualitativas y cuantitativas que permitan que estos operen con eficiencia y eficacia. Dentro de las técnicas cualitativas, se consideran metodologías como: gestión por procesos, PHVA(Planear, Hacer, Verificar, Actuar), entre otros. Dentro de las técnicas cuantitativas, se considera la teoría de redes de investigación de operaciones, teoría de gráfos, metaheurísticos, y simulación discreta (Chiang, Rusell, Xu y Zepeda ,2009), (Wang y Lu, 2009), (Rodríguez, 2010). Debe resaltarse, que tanto las técnicas cualitativas y cuantitativas apoyan las decisiones de diseño y mejora de los procesos de transporte y distribución de los materiales de construcción.

De las diferentes herramientas la simulación discreta permite la representación de procesos logísticos, incluyendo recursos humanos, equipo de manejo de materiales y políticas considerando condiciones de incertidumbre que permite evaluar oportunidades de mejora o alternativas de diseño. Por estos motivos, se considera apropiado utilizar la simulación como herramienta para analizar el desempeño y evaluar alternativas de mejora del proceso de transporte y distribución de materiales de construcción.

2.1. Simulación discreta en 3D en transporte y distribución de materiales de construcción
Cómo se indicó con anterioridad, la simulación discreta permite la imitación o representación de procesos y recursos logísticos, incluyendo el transporte y distribución en modelos computacionales considerando incertidumbre sobre los cuales se realizan experimentos con el fin de evaluar el desempeño, diseños u oportunidades de mejora que permitan operaciones eficientes y eficaces(Obaidat y Papadimitriou, 2003).

Se realiza una exploración al estado del arte de la utilización de la simulación discreta en el análisis del desempeño, diseño y mejoramiento del sistema de transporte y distribución en artículos científicos de bases de datos como: Science Direct, Taylor and Francis, Emerald, Scholar. De la exploración no se identifican propuestas científicas específicas aplicadas en sistemas de transporte y distribución de minerales y materiales de construcción. En la literatura científica, se encuentran publicados artículos genéricos sobre el tema, que pueden ser apropiados. Entre los resultados encontrados, se considera: a) Utilización de simulación discreta para analizar sistemas logísticos en la cadena de suministro dónde el transporte y la distribución son fundamentales para la eficiencia del sistema (Iannoni y Morabito, 2006), b) desarrollan un modelo de micro-simulación para determinar el tamaño de la carga y la selección de los medios de transporte para movilizar los productos en la cadena de suministro (Dejong y Benakiva, 2007) ,c) plantea un modelo combinado de simulación discreta y metaheurísticos para resolver el problema de integración de la producción y distribución en la administración de la cadena de suministro de un empresa de periódicos (Chiang et al.,2009), d) resolución de problemas de ruteo de vehículos utilizando simulación y algoritmos buscando obtener soluciones óptimas (Juan, Faulin, Ruiz, Barrios, Caballé, 2010), e) elaboran un modelo de simulación con una estrategia de inventarios de seguridad para resolver el ruteo de vehículos en la cadena de suministro considerando condiciones de demanda y condiciones de operación (Juan, Faulin, Grasman, Riera, Marull, y Mendez , 2011).

De la revisión se puede indicar, que la simulación es una herramienta que puede ser utilizada en los sistemas de transporte y distribución para apoyar decisiones de ruteo, análisis de desempeño, entre otros aspectos. Además, no se identifican propuestas específicas para el sector minero de materiales de construcción, pero algunos conceptos revisados pueden ser apropiados.

3. METODOLOGÍA

A continuación, se presenta un enfoque metodológico que permite analizar el desempeño del proceso de transporte y distribución en la cadena de suministro de materiales de construcción basado en el uso de la simulación discreta. Las etapas, que se utilizan en la metodología se describen a continuación (ver Figura 1). Se toma como referencia autores como: Obaidat y Papadimitriou (2003), Iannoni y Morabito, 2006), (Dejong y Benakiva, 2007), (Juan et al., 2010), (Juan et al., 2011)

Figura 1. Metodología de simulación discreta a transporte y distribución de materiales de construcción
Fuente: Elaboración propia

A continuación, se describen las generalidades de cada una de las etapas representadas de la metodología de simulación a emplear en el análisis del desempeño del sistema de transporte y distribución (ver Tabla 2 ).

Tabla 2. Descripción de metodología de simulación discreta en el sistema de transporte y distribución

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Para ejemplificar el uso de la metodología de análisis del desempeño del sistema de transporte y distribución de materiales de construcción, se selecciona como base una empresa minera dedicada a la explotación y comercialización de materiales de construcción (Arena) ubicada en el distrito minero de Ataco y Payande en el departamento del Tolima. A continuación, se desarrollan cada una de las etapas de la metodología planteada.

4.1. Contextualización de cadena de suministro y empresa minera de materiales de construcción
Se considera una empresa de mediana escala de explotación y comercialización de materiales de construcción (Arenas) ubicada en el distrito minero de Átaco-Payande, que tiene la siguiente estructura de cadena de suministro (ver Figura 2 )

Figura 2. Cadena de suministro de materiales de construcción
Fuente: Elaboración propia

La cadena de suministro de la empresa minera de materiales de construcción tomada de referencia tiene una escala mediana de explotación (Entre 800-1300 Toneladas por mes aproximadamente), desarrolla diferentes procesos logísticos como compras de insumos y herramientas a los proveedores, con el fin ejecutar un plan de explotación que permita extraer la arena que se almacena, transporte y distribución a los clientes en el mercado nacional, especialmente en el departamento del Tolima. Debe resaltarse, que todo el material de construcción explotado es comercializado, por lo cual, el volumen de producción y transporte es igual para la empresa en estudio.

Con clientes ubicados en los siguientes municipios: Ibagué, Espinal, Guamo, Natagaima y Neiva

4.2. Definición del objetivo del estudio de simulación
El estudio de simulación busca analizar el desempeño del sistema de transporte y distribución de la empresa minera que explota y comercializa materiales de construcción (Arenas) considerando variables como: capacidad utilizada y ociosa de los medios de transporte, tiempos promedios de transporte de cargas de materiales de construcción, análisis de colas en procesos de cargue del transporte, entre otros, que permiten medir la eficiencia del proceso logísticos.

4.3. Modelo conceptual de simulación
El modelamiento conceptual, se divide en dos partes. La primera, es una caracterización del proceso de transporte y distribución utilizando el método SIPOC (Supplier o proveedor, Input o entrada, Process o proceso, Output o Salida, Costumer o cliente). La segunda, definición de las variables de entrada, parámetros y variables de respuesta que se consideran en el diseño, implementación y análisis del modelo de simulación en el proceso logístico en estudio.

4.3.1. Caracterización del sistema de transporte y distribución
A continuación, se presenta la caracterización del sistema de transporte y distribución de la empresa minera de materiales de construcción (ver Tabla 3 )

Tabla 3. Caracterización de transporte y distribución de materiales de construcción ]]>

4.3.2. Entidades, Variables de entrada, respuesta del modelo de simulación
Entidad: Pedidos de materiales de construcción realizados por los clientes de la ruta o secuencia 1 y ruta 2 para distribuir.

Variables de entrada:

Para realizar el análisis del sistema de transporte y distribución de la empresa de materiales de construcción, se utilizan los siguientes módulos de la librería del software de simulación discreta 3D Simio Simulation (ver Tabla 5 )

Tabla 5. Módulos de Simio Simulation® utilizados en modelo de simulación de transporte y distribución de materiales de construcción

A continuación, se presenta el modelo de simulación en 3D y 2D del transporte de materiales de construcción desarrollado en el SIMIO SIMULATION®.

Figura 4. Imagen de modelo de simulación en 3D de transporte y distribución en SIMIO SIMULATION. Fuente: Elaboración propia.

]]> Figura 5. Imagen de modelo de simulación en 2D de transporte y distribución en SIMIO SIMULATION. Fuente: Elaboración propia.

Para la validación y verificación del modelo de simulación discreta, se realiza una revisión de las actividades, recursos, variables y supuestos caracterizados conceptualmente con el modelo computacional desarrollado en el software SIMIO SIMULATION®. Adicionalmente, se evalúa la coherencia y adaptación a la realidad de los resultados generados por los resultados del modelo de simulación respecto al comportamiento real del proceso de transporte y distribución en la empresa minera de materiales de construcción. En el presente caso, los resultados del modelo son coherentes con la cantidad de pedidos despachados y cantidad rutas realizadas por las volquetas en el proceso de distribución. Por estos motivos, se considera la validez del modelo, y es adecuado para realizar el análisis de desempeño actual del proceso de transporte y distribución.

4.3.5. Análisis del desempeño actual del proceso de transporte y distribución de la empresa minera de explotación de materiales de construcción(Arena)
Al realizar cinco replicas del modelo de simulación discreta de transporte y distribución con una duración de cada replica de 12 horas, se obtienen los siguientes resultados que permiten estudiar el desempeño del proceso logístico:

En la actualidad la empresa cuenta con una programación de despacho de 28 pedidos que deben ser transportados y distribuidos a los clientes con el fín de atender los requerimientos del mercado. De los 28 pedidos, los resultados del modelo de simulación indica que 17 a una eficiencia del 60%

En la ruta 1 que se atienden los pedidos de los clientes ubicados Ibagué y Natagaima en promedio se programan 9 pedidos de 10Ton de materiales de construcción, y se envían el mismo día 7. Esto demuestra una eficacia en los despachos de la empresa minera del 78% aproximadamente.

La Ruta 2 que permite atender los clientes ubicados en Ibagué, Espinal, Guamo y Neiva programa en promedio 19 despachos por día de los cuales aproximadamente 10 se distribuyen y entregan a tiempo, lo cual, permite establecer una eficacia del 52%, lo cual, refleja una adecuada estrategia de distribución y satisfacción de las necesidades de mejora.

Respecto a los tiempos promedios en horas en que se desarrollan cada una de las rutas de distribución, se puede indicar que: a) la ruta 1(Ibagué, Natagaima y retorno a las instalaciones logísticas de la minina) tiene un tiempo de transporte obtenido de la simulación es de: 164 minutos aproximadamente. b) La ruta 2 (Átaco, Ibagué, Espinal, Guamo, Neiva y retorno a las instalaciones logística de la mina tiene un tiempo promedio de: 347 minutos. Esta situación evidencia la necesidad de una adecuada gestión de la ruta 2, ya que tiene una cobertura de transporte y distribución mayor en distancia y tiempo, lo cual impacta en la eficiencia y eficacia del sistema logístico de la empresa minera.

El proceso de cargue de las volquetas utilizando una retroexcavadora tuvo un tiempo en promedio de 9 minutos, lo cual, evidencia la agilidad de este proceso cuando se desarrolla con el apoyo de un equipo de manejo de materiales. Adicionalmente, del 100% de la capacidad disponible en el cargue y despacho, el modelo de simulación presenta una capacidad utilizada del 31% evidenciando un 71% de capacidad instalada disponible.

En la actualidad la empresa utiliza en promedio 10 volquetas para atender los requerimientos de los clientes en el mercado con una eficacia del 60%. Esta situación debe conllevar a un análisis de planeación y control del transporte y distribución como aporte a la productividad y la satisfacción de las necesidades de los clientes.