^1. Ingeniera Industrial. MSc. in Management. Candidata Doctorado en Ingeniería, énfasis Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Universidad del Valle, Cali, Colombia. claudia.pena@correounivalle.edu.co
^2. Ingeniero Industrial. Magíster en Ingeniería Industrial. Profesor Titular Escuela de Ingeniería Industrial, Universidad del Valle, Cali, Colombia. juan.osorio@correounivalle.edu.co
^3. Ingeniero Mecánico. Ph.D. y MSc. en Ingeniería Industrial. Profesor Titular Escuela de Ingeniería Industrial, Universidad del Valle, Cali, Colombia. carlos.vidal@correounivalle.edu.co
^4. Ingeniera Sanitaria. Ph.D. y MSc. en Ingeniería Civil, énfasis Hidráulica y Saneamiento. Profesora Titular Escuela EIDENAR, Universidad del Valle, Cali, Colombia. patricia.torres@correounivalle.edu.co
^5. Ingeniero Sanitario. Doctor en Ingeniería, énfasis Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Universidad del Valle, Cali, Colombia. Profesor Asistente Escuela EIDENAR. Universidad del Valle. luis.marmolejo@correounivalle.edu.co

La integración de los flujos reversos y directos en la cadena de suministro, trae beneficios al reducir costos y evitar el daño ambiental porque se recupera valor de los residuos sólidos; esta integración se conoce como la cadena de suministro de ciclo cerrado. La mayoría de experiencias que relacionan cadena de suministro de ciclo cerrado y decisiones de gestión de residuos sólidos, provienen de países desarrollados con estrictas regulaciones ambientales y usan técnicas de invetigación de operaciones. El objetivo se este artículo es identificar la factibilidad de aplicar técnicas de investigación de operaciones a las decisiones de gestión de residuos sólidos en las cadena de suministro de ciclo cerrado en países en desarrollo como Colombia. Se identificaron variables importantes de los articulos revisados tales como los diferentes tipos de residuos, las regiones y el uso de técnicas de optmización, simulación y multicriterio. La metodología de vigilancia tecnológica se uso para correlacionar estas variables. Los resultados mostraron que la técnica de multicriterio es usada con más frecuencia porque permite la consideración de varios aspectos en una misma decisión; por lo tanto, el uso de esta técnica sería conveniente para enfrentar efectivamente las principales decisiones en las incipientes cadenas de suministro de ciclo cerrado en países en desarrollo.

Cadena de suministro, ciclo cerrado, análisis multicriterio, optimización, residuos sólidos, simulación.

Supply chain, closed loop, multicriteria analysis, optimization, solid waste, simulation.

El incremento en la generación y disposición final de residuos sólidos tiene múltiples efectos en la calidad de vida, conservación del ambiente y ganancia de las industrias. Según se define en el Decreto 2981 (Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio, 2013) residuo sólido:

Es cualquier objeto, material, sustancia o elemento principalmente sólido resultante del consumo o uso de un bien en actividades domésticas, industriales, comerciales, institucionales o de servicios, que el generador presenta para su recolección por parte de la persona prestadora del servicio público de aseo.

Es el conjunto de actividades encaminadas a reducir la generación de residuos, a realizar el aprovechamiento teniendo en cuenta sus características, volumen, procedencia, costos, tratamiento con fines de valorización energética, posibilidades de aprovechamiento y comercialización. También incluye el tratamiento y disposición final de los residuos no aprovechables.

El aumento de precio de los combustibles fósiles y materia prima, el incremento de productos manufacturados desechados que ocupan los rellenos sanitarios, la regulación y la reducción de terrenos disponibles para ser usados como rellenos sanitarios, son aspectos que motivan a recuperar valor de los productos y disponerlos adecuadamente (Ferguson y Souza, 2010). El interés en la recuperación de materiales ha hecho que el alcance de la cadena de suministro directa, involucre también el canal de reversa para integrar la cadena de suministro de ciclo cerrado (CSCC), las cuales son cadenas de suministro (CS) donde además del típico flujo hacia adelante de materiales e información desde los proveedores hasta los consumidores, también hay flujos de productos hacia atrás desde los consumidores hasta los fabricantes (Ferguson y Souza, 2010).

De acuerdo con Talbot et al. (2007), la importancia de integrar las cadenas radica en que las iniciativas ambientales se maximizan si se integran en una configuración estratégica y por el contrario, se minimizan si se toman por separado en un nivel táctico. La gestión de la CSCC es compleja porque hay mayor número de actores y de actividades que en la CS tradicional (Thiell et al., 2011).

Como lo muestra la Figura 1, la gestión de la CSCC comprende dos dimensiones que involucran la gestión de flujo de materiales e información al interior de las organizaciones: Logística Verde (LV) y Logística de Reversa (LR); la LV es una estrategia para optimizar los consumos de materiales, reducir los desperdicios y adoptar prácticas de logística amigables con el ambiente y además favorece el desempeño económico de la organización, mejora el de la cadena de valor y aporta elementos para el bienestar social (Thiell et al., 2011). La LR es el proceso de trasladar bienes desde su típico destino final hacia opciones que permitan capturar valor o garantizar la disposición final adecuada (Rogers y Tibben-Lembke, 1998).

Para abordar aspectos complejos de las decisiones en CSCC, se usan las técnicas de investigación de operaciones, las cuales, según Stindt y Sahamie (2014), deben utilizar modelos a ser desarrollados considerando las circunstancias de cada sector en la industria y el nivel de la decisión a tomar. Entre las técnicas más conocidas para respaldar las decisiones de las CSCC, se encuentran las de optimización, simulación y análisis multicriterio.

El objetivo de este artículo es reflexionar acerca de las oportunidades de aplicación de las técnicas de investigación de operaciones GIRS en países en desarrollo como Colombia, a través de la revisión y sistematización de la literatura científica que relaciona las técnicas de investigación de operaciones con la gestión de residuos sólidos y las cadenas de suministro de ciclo cerrado. Para tal fin, se presenta la revisión de literatura en las técnicas de investigación y posteriormente la metodología usada para el cumplimiento del objetivo. En las secciones finales se encuentran los resultados y discusión y las conclusiones del estudio.

Optimización

La intención de la optimización es identificar el máximo o mínimo relativo de una función, lo cual se logra a través de modelos de programación matemática, que formulan varias restricciones y una función objetivo; esta información puede ser implementada para mejorar el desempeño de la compañía en la cadena de suministro (Shapiro, 2007). Los modelos de optimización son usados principalmente para respaldar decisiones estratégicas y tácticas de las cadenas de suministro (Shapiro, 2007) y en las CSCC son usados generalmente para definir la configuración de la cadena, es decir, determinar la ubicación y número de instalaciones, la capacidad y los flujos de materiales que hay entre estas (Casas y Cerón, 2013). Ejemplos típicos incluyen la programación lineal para funciones objetivo y restricciones lineales, la programación entera para soluciones enteras, así como la programación entera mixta (Dale et al., 2012).

Tradicionalmente, los modelos para el diseño de la CS se enfocan en un solo objetivo y se utiliza como medida de desempeño la minimización de costos o la maximización de utilidades; sin embargo, hay otras medidas como maximizar el nivel de servicio al cliente, minimizar los riesgos financieros y maximizar la calidad de los productos (Ramezani et al., 2013). El diseño de la CSCC se ha llevado a cabo principalmente a través de modelos determinísticos y con un único objetivo (Fleischmann et al., 2000; Demirel y Gökçen, 2008; Zhou y Wang, 2008; Gomes-Salema et al., 2010; Lu y Zhao, 2010; Paksoy y Bektas, 2011; Paksoy et al., 2011) y ha tomado importancia porque la gestión integrada de la CS directa y la inversa, resulta en mejor desempeño global (Pishvaee et al., 2011); sin embargo, para evitar la suboptimización como resultado del diseño por separado de las dos cadenas, algunos autores como Gomes-Salema et al. (2010) han formulado modelos de optimización que consideran el diseño integrado de la CSCC.

De acuerdo con Yeomans (2007), los modelos de optimización en CSCC, aplicados a situaciones de gestión de residuos son apropiados para problemas bien estructurados; por tanto, los componentes de incertidumbre presentes en la gestión de residuos sólidos limitan su implementación práctica. La incertidumbre se aborda desde los modelos de optimización estocásticos; sin embargo, estos modelos enfrentan las limitaciones de disponibilidad de datos históricos para estimar las distribuciones de probabilidad para los parámetros no determinísticos y la gran cantidad de escenarios usados para representar la incertidumbre dan lugar a largos tiempos computacionales (Pishvaee et al., 2011). Son varios los autores que han utilizado la programación estocástica para la consideración de la incertidumbre en la configuración de CSCC (Gomes-Salema et al., 2007; Pishvaee et al., 2009; Lee et al., 2010).

Además, el diseño de las CSCC implica compensaciones entre los diferentes objetivos que son incompatibles (Wang et al., 2011). Según Ramezani et al. (2013), en el diseño de cadenas es irreal considerar un solo objetivo como minimizar los costos o maximizar la utilidad y se deben considerar objetivos asociados a impactos ambientales o incluso impactos sociales. En cuanto a modelos multiobjetivo para la CSCC, algunos autores plantean combinación de objetivos como minimizar los costos totales del sistema y maximizar el uso de materiales y tecnologías amigables con el ambiente (Amin y Zhang, 2013); satisfacer las expectativas de precios de los clientes, detallistas y distribuidores; maximizar la satisfacción de los clientes y maximizar la utilidad (Özkir y Basligil, 2013), maximizar la utilidad de la cadena, maximizar el nivel de servicio al cliente e incrementar la calidad al minimizar el número total de defectos en las materias primas adquiridas de los proveedores (Ramezani et al., 2013).

Comprende enfoques como la simulación de eventos discretos (SED), la dinámica de sistemas (DS), simulación Montecarlo, Redes de Petri y modelación basada en agentes; la simulación se usa para entender cómo los sistemas se comportan en el tiempo y comparar su desempeño bajo diferentes condiciones (Tako y Robinson, 2012). De acuerdo con Tako y Robinson (2012), no hay evidencia que sugiera la correlación entre el nivel de las decisiones a estudiar (estratégica, táctica y operativa) y el enfoque de simulación a usar para situaciones de las CS; sin embargo, según Besiou et al. (2012), un enfoque de uso creciente es la DS, la cual permite aproximarse al comportamiento de problemas con complejidad dinámica como es el caso de las decisiones en las CSCC.

El análisis de decisión multicriterio (ADMC) comprende una diversidad de métodos, enfoques y técnicas para ayudar a la toma de decisiones en términos de escoger, categorizar o clasificar acciones. La base de este análisis es un conjunto finito o infinito de acciones (alternativas, soluciones), al menos dos criterios y un decisor (Figueira et al., 2005).

Hay pocos estudios de técnicas multicriterio para el diseño de la CSCC; la mayoría de ellos son discretos y evalúan alternativas de decisión definidas anteriormente desde diversos criterios, como económicos, sociales y ambientales (Casas y Cerón, 2013). Se requiere un estudio previo para definir las alternativas, los criterios y los pesos o importancia dada a cada uno de los criterios para posteriormente abordar el diseño de CS. El ADMC se ha usado en el diseño de la CSCC (Barker y Zabinsky, 2011), la localización de plantas de reprocesamiento (Queiruga et al., 2008; Achillas et al., 2010; Aragonés-Beltrán et al., 2010), la selección de modo de gestión de residuos (Rousis et al., 2008; Banar et al., 2010); las decisiones de operadores de gestión de residuos (Senthil et al., 2012). Para abordar estas decisiones, se usan enfoques basados en la utilidad multiatributo como el ELECTRE, PROMETHEE, GAIA, AHP y ANP los cuales presentan ventajas y desventajas según la aplicación en la GRS (Pires et al., 2011).

Para el desarrollo del objetivo propuesto, se usó la metodología de vigilancia tecnológica que consiste en realizar de forma sistemática la captura, el análisis y la difusión de las informaciones técnicas útiles para el desarrollo de la investigación y comprende cuatro etapas básicas (Escorsa y Maspons, 2001). La primera etapa, de recuperación de la información y registro en una base de datos, consiste en consultar bases de datos de información técnica según el área que se está investigando; también hay motores de búsqueda especializados en documentos académicos. El registro de la información varía de acuerdo con las necesidades de los investigadores y puede comprender el título, las palabras clave, el país y otra información relevante para la investigación. Para este caso se efectuó la recuperación hasta diciembre de 2012.

La segunda etapa es el análisis de frecuencias que comprende el conteo de las palabras que se encuentran en diferentes campos como los títulos, resúmenes y palabras clave. Básicamente da cuenta de la frecuencia en que algunas palabras que interesan a la investigación, aparecen en la información recuperada.

La tercera etapa es la coocurrencia de palabras expresa cuando dos palabras van juntas en el título, resumen, en las palabras clave o en secciones que interesan para la investigación. Si la coocurrencia es elevada, significa que hay una proximidad, que dos palabras tienen relación. Si la coocurrencia es baja, quiere decir que no hay relación y la última etapa se realiza con base en los criterios de proximidad y distancia de los datos, a traves de lo cual es posible representar un campo determinado en forma de gráfico y esto da lugar a los mapas tecnológicos.

Recuperación de la información y registro en una base de datos

Se partió de la información disponible en las bases de datos como ScienceDirect, Scopus, Ebsco, Jstor y Emerald Insight; además, se consultaron documentos disponibles en el buscador académico Google Scholar. También, se recurrió a documentos impresos como tesis y artículos disponibles en la biblioteca de la Universidad del Valle. Las palabras clave usadas para la recuperación se muestran en la Tabla 2.

Se usaron combinaciones de las palabras clave para recuperar la información. Una vez recopilada, se procedió a su lectura identificando aspectos principales y registrándolos en una base de datos. Aspectos de interés fueron el título, los autores, el año, las palabras clave, el tipo de residuos, la técnica de investigación de operaciones y el software. Se recuperaron inicialmente 180 artículos; sin embargo, después de su lectura se definieron 47 artículos como los más relevantes para la investigación porque involucraban aspectos de la GIRS y de CSCC.

Análisis de frecuencias

Las herramientas utilizadas varían según el tipo de investigación; además se identificó una tendencia a usar híbridos, es decir la combinación de dos o más técnicas para abordar aspectos como la incertidumbre y la complejidad de las CSCC (Tabla 9). Este comportamiento era más marcado en la técnica multicriterio donde por ejemplo se encontró combinación de herramientas cono AHP, TOPSIS y FUZZY.

Los software para resolver los modelos son propios de cada técnica, por ejemplo para los modelos de optimización predominó el uso de GAMS y CPLEX; para los de simulación el POWERSIM y para los multicriterios no era usual mencionar el software utilizado (Tabla 10). Turquía, Canadá y Grecia fueron los países de los que provenían la mayoría de los artículos consultados (Tabla 11). Específicamente en los temas de la investigación no se hallaron artículos que hicieran referencia a países de América Latina.

La aplicación del software TLAB, permitió identificar 165 palabras diferentes de los 47 artículos seleccionados y 28 de ellas se denominaron palabras clave por tener frecuencia mayor a cuatro. Este software permite conocer la frecuencia y la coocurrencia de las palabras, especifíca las relaciones anteriores y posteriores de cada palabra y las intersecciones entre frases y palabras. Así por ejemplo, la palabra con mayor frecuencia fue waste con 22 apariciones seguido de supply, chain, management, closed loop y solid.

Al identificar las relaciones entre palabras con la ayuda de la Figura 2A, se observó que las coocurrencias más comunes con la palabra supply eran chain, reverse, logistic, uncertainty, closed-loop, network y optimization y las más alejadas eran waste, dinamics, solid y multicriteria. Esta tendencia confirma que los asuntos que más interesan en la decisiones en las CSCC son aquellos relacionados con el diseño de la red, la consideración de dimensiones como la LR y de la incertidumbre relacionada con la frecuencia, cantidad y calidad de los materiales retornados, la cual se aborda desde modelos de optimización.

En la Figura 2B se muestra que la palabra compuesta closedloop presentó el mayor número de coocurrencias con la palabra chain, supply, uncertainty, optimization, reverse y logistic y guardaba poca relación con palabras como waste, solid, municipal, management y multicriteria. En este sentido, la teoría en torno a las decisiones en las CSCC se orienta hacia minimización de costos o maximización de utilidad y la mayoría presenta objetivos estratégicos como el diseño de la CSCC bajo modelos de optimización. Además, las investigaciones se han concentrado en la gestión de retornos como en el caso de productos defectuosos.

La palabra waste en la Figura 2C, presentó coocurrencia con municipal, life-cycle, sustainable, fuzzy, multicrieria, decision making y solid; sin embargo, la coocurrencia fue baja con palabras como closed-loop, supply, chain, dinamics y uncertainty y no hubo relación alguna con la palabra optimization. Se identifica la necesidad de desarrollar más investigaciones basadas en la experiencia y respaldada con modelos de optimización (Souza, 2013) y se confirma la baja relación de los temas de gestión de residuos con las decisiones en la CSCC; como lo afirman De Brito y van der Laan (2010), las decisiones en las cadenas de suministro están muy vinculadas con aspectos operativos y no con ambientales o sociales.

Además, debido a la complejidad del flujo de residuos y el aumento en las producción de ellos, el proceso de toma de decisiones para la efectiva GIRS requiere de la consideración de criterios en ocasiones conflictivos, lo cual ha sido abordado principlamente desde las diferentes herramientas de la técnica de análisis multicriterio (Achillas et al., 2013); así mismo, se observa que el flujo de residuos más investigado es de los residuos sólidos municipales. En general se presenta poca relación entre los asuntos de gestión de residuos sólidos y las cadenas de suministro, sean estas directas, reversas o de ciclo cerrado.

Con base en el análisis realizado y en la búsqueda rigurosa de documentos que relacionaran experiencias colombianas en los temas del estudio, se encontró que algunos estudios se refieren a las dimensiones de la CSCC (LV y LR); sin embargo ninguno se relacionaba con CSCC y GIRS en el contexto local. Como lo señalaron Peña et al. (2013), es necesario fortalecer la investigación que integre la gestión integral y sostenible de residuos sólidos en las cadenas de suministro, ya que las experiencias reportadas para la región se basan principalmente en prácticas de países desarrollados y se fundamentan en motivaciones económicas.

De igual forma, en la parte derecha de la Figura 3A se observa que la técnica multicriterio se usa principalmente para investigar en residuos sólidos municipales, cenizas, demolición de construcciones y vehículos; los países asiáticos se relacionaron con esta tendencia.

Otro plano del análisis se aprecia en la Figura 3B parte superior, en la cual se muestra que los países de la Unión Europea investigan en residuos varios (como peligrosos y hospitalarios) y usan principalmente la herramienta de simulación. En la parte superior derecha de la Figura 3B, se observa que los países africanos presentan relación con los países americanos en cuanto la investigación en RAEE; sin embargo, se da esta relación por el bajo número de artículos provenientes de países africanos, mientras que los americanos tienen más alta participación en número y estudios en RAEE.

Cabe destacar que la información presentada en los mapas tecnológicos tiende a estar dispersa debido al número reducido de artículos y la variedad de temas que se consideran en ellos. Los mapas tecnológicos brindan información más precisa a mayor cantidad y frecuencia de la información; no obstante, este análisis constituye un panorama del desarrollo de los temas centrales de esta investigación y las oportunidades para futuras investigaciones.

El análisis realizado muestra que todas las técnicas son aplicables para la la GIRS en CSCC; sin embargo, la de mayor aplicación es la multicriterio. Las técnicas multicriterio abordan situaciones complejas al involucrar aspectos tanto cualitativos como cuantitativos de la GRS; en este sentido consideran gran variedad de criterios como los económicos, ambientales, sociales, técnicos y culturales con el objeto de incluir la mayoría de aspectos que se presentan en la GRS. Los criterios más comunes suelen ser los económicos y los ambientales.

Particularmente, el uso de técnicas de análisis multicriterio se ha explorado poco en las cadenas de suministro y su aporte se refleja significativamente para la gestión de residuos sólidos municipales. Esta técnica contribuiría a la definición de aquellos criterios que enfrentan las CSCC en países en desarrollo, a través de la integración del juicio de expertos académicos y empresariales que contribuyan a explorar estas iniciativas.

Se identifica también el potencial de aplicación de técnicas de optimización y de simulación que existen en en el contexto colombiano para la GIRS en las CSCC. La exploración de estas técnicas en estos sistemas constituye una oportunidad muy importante de investigación dadas la regulaciones ambientales que se están implementando y la responsabilidad en la toma de decisiones respecto a un objeto de conocimiento que se debate entre las demandas del consumo y la calidad ambiental relacionada con el descarte de residuos sólidos.

Los autores agradecen a la Universidad del Valle por la financiación del proyecto denominado "Modelo soporte a la toma de decisiones para la gestión integral y sostenible de residuos sólidos en cadenas de suministro de ciclo cerrado del Valle del Cauca" Agosto 2012-Agosto 2014.

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Para citar este artículo: Peña-Montoya, C.C., Osorio-Gómez, J.C., Vidal-Holguín, C.J. Torres-Lozada, P. y Marmolejo-Rebellón, L.F. (2014). Gestión de residuos sólidos en cadenas de suministro de ciclo cerrado desde la perspectiva de la investigación de operaciones. Revista Luna Azul, 41, 05-28. Recuperado de http://200.21.104.25/lunazul/index.php?option=com_content&view=article&id=101