Embed Size (px)
Citation preview
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial11
5
RReevviissttaa ddee llaa IInnggeenniieerriiaaIInndduussttrriiaall IISSSSNN 11994400--22116633
AAccaaddeemmiiaaJJoouurrnnaallss..ccoomm
VVoolluummeenn 55,, 22001111
AApplliiccaacciióónn ddee ssiimmuullaacciióónn ppaarr aa iinnccrr eemmeennttaarr llaa pprr oodduucctt iivviiddaadd ddee llaa eemmpprr eessaa ““LLaa VViieejjaa MMoolliieennddaa ddee SSaannttaa MMaattyy””
Ing. Tania Lozada Trujillo [email protected] Ing. Adriana Martínez Martínez [email protected] M.C. Constantino Gerardo Moras Sánchez [email protected] Dr. Luis Carlos Flores Ávila [email protected] Juan Pablo Sánchez Olivos [email protected]
Instituto Tecnológico de Orizaba Departamento de Ingeniería Industrial
Orizaba, Veracruz, México
Resumen
En el presente artículo mostramos la utilización de la simulación como una herramienta para el mejoramiento de la productividad en el Trapiche “La Vieja Molienda de Santa Maty”, dedicado a la fabricación de piloncillos en diferentes presentaciones, ubicado en Tezonapa, Veracruz, México. Dicha empresa presenta diversos problemas de producción debido a la deficiencia en los métodos de trabajo, utilización de máquinas y recursos. A través de la simulación, utilizando el software Plant Simulation®, se realizó un modelo representativo del sistema real del proceso de producción del piloncillo cuadrado de 500 gramos, y a partir de ese modelo se hizo un análisis de las máquinas y los recursos disponibles en la empresa para proponer alternativas que incrementen la productividad a través del mejoramiento en los métodos de trabajo. Con ello se modificó el modelo existente para evaluar los resultados y dictaminar si ayudan a incrementar la productividad y la rentabilidad de la empresa. Palabras claves— Simulación, Plant Simulation, Piloncillo, Productividad.
Introducción El Trapiche “La Vieja Molienda de Santa Maty” ubicado en la ciudad de Tezonapa, Veracruz, México, tiene un año dedicándose a la elaboración de panela de azúcar de manera artesanal sin darle mayor valor agregado al producto. Por lo que los dueños buscan propuestas que le ayuden en primera instancia a incrementar su productividad y cumplir con las expectativas y requerimientos de sus clientes. Nuestro objetivo fue usar la simulación para mostrar a la empresa propuestas de mejora sin la necesidad de interactuar con el sistema real, con la posibilidad de poder modificar y mejorar en el modelo de simulación el proceso actual de la empresa. Por otra parte, el uso de la simulación en este trapiche ayudó a crear un modelo para identificar los puntos críticos en el proceso, con el objeto de proponer alternativas que ayuden aumentar su productividad, mejorar sus métodos de trabajo, así como aumentar la utilización de máquinas y recursos disponibles. Además, la relevancia de este proyecto se hace patente pues se consideró en el estudio de simulación la repercusión económica para las alternativas que se proponen para el nuevo modelo, logrando resultados satisfactorios, debido al incremento considerable en las utilidades de la empresa. A lo largo de este artículo describimos la aplicación de la metodología de simulación propuesta por Law y Kelton (2000), que incluye: definición del problema, recolección y análisis estadístico de los datos del sistema, determinación de medidas de desempeño a evaluar, construcción del modelo de simulación (en nuestro caso haciendo uso de Plant Simulation) verificación y validación del modelo, diseño de experimentos para determinar el
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial11
6
número óptimo de corridas, el análisis de resultados y análisis de las alternativas que se proponen. Finalmente presentamos nuestras conclusiones y recomendaciones. Plant Simulation Tecnomatix Plant Simulation es una aplicación de computadora desarrollada por Siemens PLM Software. Es una herramienta de simulación de eventos discretos que simula, analiza, visualiza, optimiza y ayuda a crear modelos digitales de diversos sistemas.
Definición del sistema de producción de piloncillo a simular La materia prima fundamental para la realización del piloncillo es la caña de azúcar. Ésta es colocada manualmente por dos operarios en un molino de 32” para extraer su jugo, el cual pasa por tres tanques decantadores cuya función principal es la de separar las partículas contaminantes para que el jugo quede lo más puro posible. Posteriormente el jugo es depositado en un tanque para su almacenamiento. En esta parte un operario realiza un mantenimiento al primer decantador cada hora cuarenta y un minutos. Una vez que el jugo es almacenado, empieza el proceso de cocción de éste, el cual se lleva a cabo en cinco tinas denominadas tachos, en donde éste pasa por las etapas de clarificación, evaporación y concentración para alcanzar los parámetros de pH, temperatura y grados Brix idóneos para el proceso de la panela y convertirse en miel. En este proceso se requiere de un operario para la supervisión del cocimiento, así como de la adición de cal y de un agente antiespumante al proceso (manteca o cebo). Además, se necesita otro operario encargado de suministrar bagazo seco al horno para la cocción. Posteriormente, la miel se dirige a una batidora en donde se enfría para alcanzar su consistencia adecuada, una vez realizado lo anterior, la mezcla es depositada en los moldes para que tome la forma del piloncillo. Ya que ha terminado su etapa de secado, finalmente es empacado en cajas de 27.5 kilogramos para su venta. Cabe mencionar que las actividades de moldeo, desmolde y empaque son realizadas por dos operarios que trabajan de forma paralela. Así también, en el proceso es indispensable la disponibilidad de dos operarios para transportar el bagazo que sale del molino hasta su almacén, para que éste cumpla con su proceso de secado. En la figura 1 se muestra el diagrama de flujo del proceso de producción de la panela en la empresa “La Vieja Molienda de Santa Maty”.
Aplicación de la metodología de simulación Formulación del problema Debido a que la empresa de elaboración del piloncillo tiene poco tiempo operando, presenta diversos problemas de producción a causa de la deficiencia en sus métodos de trabajo y en la utilización de máquinas y recursos, por lo que el objetivo del estudio de simulación fue la búsqueda de alternativas de mejora que le permitan incrementar su productividad y lograr un posicionamiento en el mercado de manera que sea competitiva en el ámbito industrial. Supuestos del modelo
• El sistema comienza con la alimentación de la caña al molino, actividad que es realizada por dos operarios. • La hora de inicio de labores es a las 5:00 am, por lo que ésta se considera como el tiempo cero en la
simulación. • El proceso simula la elaboración de panelas cuadradas, con un peso de 500 gr cada una. • Las unidades de tiempo para toda la simulación estarán definidas en segundos, así como la distancia se
establecerá en metros. • Existe un paro de labores en el proceso de producción, el cual está destinado para la comida de los
trabajadores. • El tiempo de labores en la empresa depende del número de moliendas, es decir, el proceso termina una vez
que se haya empacado la última panela. Medidas de desempeño a evaluar con el modelo
• Tiempo de duración del proceso de producción de la panela. • Cantidad de piloncillos producidos diariamente. • Utilización del equipo de producción. • Utilización del personal involucrado en el proceso.
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial11
7
• Evaluación de los flujos de efectivo del proyecto considerando las alternativas propuestas. • Valor Presente Neto (VPN), Tasa Interna de Retorno (TIR), Periodo de Recuperación Descontado (PRD) e
Índice de Rentabilidad (IR) como métodos de evaluación de proyectos de inversión para determinar la viabilidad del proyecto.
Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de elaboración de la panela.
Recolección de datos La toma de datos empezó en el mes de mayo de 2010 y concluyó en junio de 2010 debido a la culminación del periodo de zafra. Posteriormente esta actividad se retomó por otros tres meses comenzando en el mes de diciembre del mismo año. Para esta actividad se debió elaborar un formato en donde se describían todas las actividades del proceso de producción de piloncillo y en el cual se registraron los tiempos de dichas actividades. Validación de los datos Para el análisis estadístico de los tiempos de servicio reales en cada proceso, se utilizó el objeto de ajuste de datos llamado DataFit que se encuentra en las herramientas estadísticas dentro del software Plant Simulation. Con éste se pueden realizar estimaciones de los parámetros de la distribución estadística a la que se ajustan dichos datos. Se aplicaron las pruebas de bondad y ajuste Chi Cuadrada, Kolmogorov-Smirnov y Anderson- Darling a todos los datos recolectados, con el propósito de conocer si éstos se ajustaban a una distribución teórica específica con un nivel de significancia definido del 5 %. De los datos analizados se observó que en ciertas actividades se ajustaron a una distribución teórica conocida, aunque para el resto fue necesario utilizar distribuciones empíricas definidas por el usuario por medio de tablas de
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial11
8
frecuencias. Las distribuciones teóricas a las que se ajustaron los datos fueron LogNormal, Erlang, triangular y uniforme. Construcción del modelo de simulación Después de realizar el análisis estadístico de la información, se elaboró un layout de la empresa con ayuda del software Google SketchUp © que se muestran en las figuras 2, 3 y 4 con el propósito de identificar cada una de las áreas que conforman la empresa. Posteriormente se construyó un modelo de simulación en Plant Simulation® representando la situación actual del proceso de producción de la panela. Figura 2. Vista en 3D de Área de molienda y Figura 3. Vista en 3D de Áreas de cocimiento, Preelimpieza. batido, moldeo y empaque.
Figura 4. Layout de la empresa
Verificación del modelo de simulación Para realizar la verificación del modelo en Plant Simulation, se utilizó la opción Debug, la cual permite observar en la consola el funcionamiento del modelo paso a paso de acuerdo a lo programado en él. Con esto es posible visualizar si existe un comportamiento inadecuado y así corregirlo a tiempo. Con la información obtenida fue posible comprobar que el modelo realizado está funcionando tal como se planeó en un principio. Validación del modelo de simulación Con el propósito de determinar si el modelo de simulación elaborado del proceso de elaboración de piloncillo es una representación adecuada del sistema real que se está analizando y no muestra deficiencias, desarrollamos una prueba estadística que aquí se presenta. Se empleó la prueba t-apareada con un nivel de significancia del 5% para las siguientes medidas de desempeño: Tiempo total del proceso de producción. Tiempo de utilización del molino.
La hipótesis estadística que se establece para esta validación es:
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial11
9
H0= La media de la medida de desempeño a evaluar obtenida por el modelo de simulación no presenta una diferencia significativa con respecto a la media de la misma medida de desempeño del sistema real que se está estudiando. Para ello se prueba si la diferencia Z=μx – μy es estadísticamente significante al nivel de α=5%, donde μx representa el tiempo total del proceso de producción y el de utilización del molino en el sistema real y μy representa el tiempo total del proceso de producción y el de utilización del molino en el modelo de simulación, lo que sería equivalente a rechazar la hipótesis nula H0: μx = μy, demostrando que los datos no son válidos. Por otra parte, si la media del tiempo total de producción del piloncillo y la media del tiempo de utilización de molino arrojados por la corrida de simulación son estadísticamente iguales al sistema real, se estará a favor de la alternativa y se aceptará la hipótesis nula H0, ya que la diferencia Z=μx – μy no es estadísticamente significante al nivel de alfa, lo que resultaría equivalente a rechazar la hipótesis alternativa H1:μx ≠ μy. Las ecuaciones que se usan son las siguientes:
iii YXZ −= …………….…………. (1)
n
ZZ
n
ii
n
∑== 1
)( ………………….................. (2)
[ ][ ]
)1(ˆ 1
2)(
)(−
−=∑=
nn
ZZZarV
n
ini
n
………. (3) El intervalo de confianza es (100(1- α)):
)(ˆ )(2/1,1)( nnn ZarVtZ α−−±........ (4)
Sea l(α) y u(α) el límite de confianza inferior y superior respectivamente. Si cero ∉ [ l(α), u(α) ] entonces la diferencia observada entre µx y µy:
)()( nn YX − ……………………….…... (5) Se dice que es estadísticamente significante al nivel α. Esto es equivalente a rechazar la hipótesis nula:
yxHo µµ =: ………………….............(6) La media poblacional de los valores reales es igual a la media poblacional de los valores simulados. En favor de la alternativa:
yxH µµ ≠:1
……………….…………(7)
Si cero ∈ [ l(α) , u(α) ], cualquier diferencia observada entre µx y µy no es estadísticamente significante al nivel “α” y puede ser explicada por fluctuaciones aleatorias, aceptando así que el modelo es válido. Al aplicar la prueba t-apareada a las medidas de desempeño se obtuvo un intervalo de [−121.7490 ≤ �̅� ≤730.1490] para el tiempo total de producción del piloncillo y uno de [−0.3681 ≤ �̅� ≤ 0.1461] para el tiempo de utilización de molino, observando la inclusión del cero en ambas pruebas, por lo que se aceptó como válido el modelo de simulación del sistema actual. Diseño de experimentos Para la determinación del número óptimo de replicaciones, se aplicó la ecuación que sugiere Law y Kelton (2000):
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
0
≤≥= −−∗ ββ α i
stnin ni
)(2
2/1,1:min)(………(8)
Esta ecuación se utiliza para estimar la media poblacional μ=E(x), con un error específico permitido (β), una vez que el modelo ha sido validado. Se consideró como medida de desempeño el tiempo total del proceso de producción con un error absoluto β de 2160 segundos determinado por el experto, utilizando la varianza, obtenida en los cálculos de la prueba t-student, de 35522 segundos y con un alfa de 5%. Al momento de aplicar la fórmula se puede concluir que el número óptimo de replicaciones es de 25, por lo tanto se debe correr el programa de simulación este número de veces. Análisis de resultados del modelo de simulación actual Una vez que el modelo se corrió de acuerdo al número de replicaciones óptimas (25 corridas), se llevó a cabo el análisis e interpretación de resultados, de los cuales se observa que el tiempo total de producción por día es de 15.5 horas con una desviación estándar de 0.036 horas. Con esto es posible producir una cantidad de 1560 kilogramos de piloncillos por día, lo que equivale a 3120 panelas cuadradas con un peso de 500 gramos cada una. Por otra parte, se efectuó un análisis de la utilización de las máquinas y de los recursos disponibles en el modelo de simulación actual, teniendo porcentajes bajos en algunos de éstos y tiempos ociosos para algunos operarios. Estos resultados se muestran más adelante.
Alternativas de mejora Se establecieron siete alternativas para analizar la mejora en el proceso de producción de la empresa, las cuales se evaluaron mediante la construcción de un nuevo modelo construido a partir del modelo actual, el cual incluye todas las alternativas evaluadas. Alternativa 1: Estandarización de los parámetros de calidad en las etapas de clarificación, evaporación y concentración. El análisis de la primera alternativa consistió en determinar la temperatura, el porcentaje de grados Brix y de pH para cada uno de los tachos del proceso de elaboración del piloncillo, con lo cual se logró estandarizar los parámetros de calidad en cuanto al color, la sacarosa, los azúcares reductores, humedad y pH. Con estas mejoras realizadas al proceso, la panela se producirá de manera más uniforme incrementando la satisfacción de los clientes por este producto. Alternativa 2: Implementación de un par de coladeras fijas en el área de preelimpieza. Ésta se refiere a la implementación de dos coladeras de acero inoxidable con el propósito de eliminar el mantenimiento realizado por el operario en el primer tanque de preelimpieza, para eliminar las impurezas provenientes del jugo de la caña. Estas coladeras se componen de bases de acero inoxidable para evitar la corrosión y una lámina perforada del mismo material de 93 cm. de ancho por 1.07 m. de largo, las cuales se encuentran unidas por medio de unas bisagras para darle movimiento a las coladeras y que de esta manera se fije la que se encuentre en uso mientras la otra permanecerá a 90°. Las coladeras se moverán en línea recta por medio de carretillas para su mejor deslizamiento. Ambas coladeras están cotizadas a un precio de $1,480 pesos mexicanos cada una, incluida la malla. En la figura 5 se muestran las coladeras propuestas para el mantenimiento del tanque de preelimpieza. Alternativa 3: Incorporación de una cortadora de caña en el proceso. Como tercera alternativa se evaluó la introducción de una cortadora de caña de capacidad de picado de 4000 kg/hora al proceso, con un costo de $661,200 pesos, con la finalidad de hacer más eficiente el proceso de molienda y aumentar la capacidad de almacenamiento de jugo de caña. Esta máquina consiste en un aditamento en la entrada del molino que posee un eje provisto de cuchillas giratorias movido por un motor que sirve para cortar los tallos, dándoles un tamaño uniforme para facilitar así la extracción del jugo en los molinos (figura 6). Con esta propuesta se espera un aumento en la extracción del jugo de la caña del 10% en cada molienda. Cabe destacar que la cortadora será manejada por los mismos trabajadores que operan el molino actualmente.
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
1
Figura 5. Coladera propuesta para el mantenimiento.
Figura 6. Incorporación de la cortadora de caña al proceso. Alternativa 4: Introducción de una banda transportadora para el bagazo. Se sugiere la compra de una banda transportadora de 11 metros de longitud por un metro de altura cotizada con un valor de $92,220 pesos que se colocará desde la salida del molino hasta el almacén de bagazo, con el objetivo principal de eliminar el trabajo de los dos operarios que tienen que transportar el bagazo hasta dicha área de manera manual, ocasionando un esfuerzo extra por la pérdida de material durante su trayecto. Para supervisar la banda y darle un mantenimiento adecuado a la misma, uno de los operarios que se encuentra actualmente laborando en esta área será el encargado de esta actividad, además de supervisar que la coladera que se propone en la segunda alternativa esté en las condiciones óptimas para ser utilizada durante el proceso de producción de las panelas. En la figura 7 se muestra la banda que será colocada en la salida del molino. lternativa 5: Asignación de un solo operario en el área de moldeo, secado, desmolde y empaque. Esta alternativa consistió en la eliminación de uno de los trabajadores del área de moldeo, secado, desmolde y empaque del modelo actual debido al gran porcentaje de tiempo ocioso en que se encontraban dichos trabajadores en estas etapas del proceso, logrando grandes resultados en cuanto al ahorro de tiempos y movimientos, así como la posibilidad de aprovechar el conocimiento y la experiencia del trabajador y reubicarlo en la segunda línea que se propone también en este proyecto.
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
2
Figura 7. Banda transportadora desde el molino hasta el almacén de bagazo. Alternativa 6: Incorporación de una segunda línea de producción La sexta alternativa fue incorporar una segunda línea de producción para aprovechar la infraestructura con la que ya cuenta le empresa y de esta manera aumentar la eficiencia de las máquinas y los recursos disponibles. Sin embargo, se debe tomar en consideración la compra de la maquinaria para equipar el lugar de trabajo, así como la contratación o reubicación de los operarios a esta nueva línea. Es indispensable destacar que esta nueva línea de producción también está considerando la implementación de la cortadora de caña, por lo que también tendrá una aumento del 10% en el tanque de almacenamiento del jugo (alternativa 3). Para poder abrir esta línea es indispensable adquirir un tanque para el almacenamiento del jugo con una capacidad de 1200 litros por un costo de $1100 pesos, ya que el tanque que está actualmente es de la misma capacidad y servirá únicamente para almacenar el jugo de caña de la primera línea de producción. Por otra parte, hay que tomar en cuenta los aditamentos necesarios para la instalación del tanque, por lo que se requiere 7.45 metros de tuboplus de cuatro pulgadas con un costo de $500 pesos cada metro y tres codos del mismo diámetro a un costo de $429 pesos cada uno, así como un costo por instalación de $300 pesos. Cabe destacar que se sugiere usar tuboplus debido a que éste posee beneficios óptimos para el sistema tales como: Un contenido de plásticos AB antibacterias, con los cuales las bacterias no se reproducen ya que las neutraliza al contacto con la superficie interior de la tubería Tuboplus, además no transmite olor ni sabor, así también tiene un sistema termofusión que no permite ninguna fuga ya que crea uniones en una sola pieza. Otro beneficio es que no se oxida, lo que evita la acumulación de sarros alargando su vida útil por más de 50 años. Además, se deben adquirir 60 moldes para esta línea, cotizados a un costo de $70 pesos cada uno. Un rack de 2 metros de altura por tres metros de ancho con tres divisiones para colocar los moldes a un costo de $600 pesos. Finalmente la compra de una tina de 1.90 mts de largo por 0.94 mts de ancho que será utilizada para contener agua limpia para lavar los moldes por la cantidad de $800 pesos. Además, se estará aprovechando al mismo operario encargado de los tachos de la línea actual, debido a la modificación de paso de jugo de tacho a tacho por medio de tubos que se colocarán en cada una de las cinco tinas del proceso de cocción. En la figura 8 se muestra la adición de los tubos a los tachos. Para esta alternativa se requiere hacer una inversión total de $10,342 pesos con la que se tendrá un aumento de la productividad de 3,900 kilos al día con 6 moliendas.
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
3
Figura 8. Tubos para pasar el jugo de tacho a tacho. Alternativa 7: Reasignación de la hora de comida para los trabajadores considerando las alternativas que se proponen. Tomando en cuenta las alternativas que se han descrito anteriormente, es necesario puntualizar que los trabajadores ya no tendrán su hora de comida al mismo tiempo, ya que analizando los tiempos de trabajo de cada uno de éstos se encontró que si lo seguían haciendo de esta manera perderían más tiempo que pudiera ser ocupado para otras actividades, por lo que se asignaron diferentes horas de comida para los trabajadores con el objetivo de redistribuir la carga de trabajo y no dejar el proceso de producción inconcluso. Por otra parte, hay que mencionar que la hora de comida se ha especificado en el objeto de Plant Simulation llamado ShiftCalendar de las 14:32 a las 15:32 horas para el operario encargado de los tachos de ambas líneas de producción, así como para los atizadores y para el operario encargado de supervisar la banda de transportadora y la coladera metálica. En la tabla 1 se muestra un resumen desglosado del tiempo en horas de trabajo total de cada uno de los operarios, considerando el tiempo en que se encuentran en descanso por la hora asignada a su comida o entre operaciones, así como la hora de inicio y término de sus actividades. Tabla 1. Reasignación de la hora de comida para los trabajadores.
OperariosHora de inicio
de laboresHora de término
de laboresTiempo
laborado Tiempo ociosoTiempo r eal
laboradoTiempo de
comida
RecMolino_Op1 5:00:00 14:51:00 9:51:00 0:44:00 9:07:00 14:51-15:51
RecMolino_Op2 5:00:00 14:51:00 9:51:00 0:44:00 9:07:00 14:51-15:51
RecAtizador_1 5:00:00 20:41:00 15:41:00 3:00:00 12:41:00 14:32-15:34
RecAtizador_2 5:45:00 20:03:00 14:18:00 3:00:00 11:18:00 14:32-15:35
RecMoldeo_Op1 9:03:00 21:57:00 12:54:00 4:39:00 8:15:00 14:36-15:36
RecMoldeo_Op2 9:40:00 20:45:00 11:05:00 4:09:00 6:56:00 14:19-15:19
RecBanda_Coladera 5:00:00 14:51:00 9:51:00 1:00:00 8:51:00 14:32-15:38
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
4
Supuestos del modelo para las nuevas alternativas. Para la elaboración del modelo de simulación propuesto para la empresa “La Vieja Molienda de Santa Maty”, el cual incluye las 7 alternativas mencionadas anteriormente, se tienen los siguientes supuestos:
• El sistema comienza con la alimentación de caña a la cortadora que se propone para este proceso. Esta actividad se realiza por los dos operarios encargados de introducir la caña al molino en el proceso actual.
• Se inicia labores a las 5:00 am por lo que éste se considerará como el tiempo cero de la simulación. • En el proceso se simula dos líneas de producción, la primera con siete moliendas y la segunda con seis. • Se requiere la adquisición de 34 moldes extras para la línea de producción actual debido a la
implementación de la cortadora de caña y a la modificación en la forma de trabajo en las áreas de moldeo, secado, desmolde y empaque, así como la compra de otros 60 moldes para la segunda línea de producción.
• Se simula la elaboración de panelas cuadradas, con un peso de 500 gr. cada una. • La capacidad del tanque de almacenamiento para el modelo propuesto es de 1200 litros para cada línea de
producción. • Las unidades de tiempo para toda la simulación estarán definidas en segundos, así como la distancia se
establecerá en metros, al igual que en el modelo actual. • Hay un paro de labores de una hora dedicado para la comida de los trabajadores de acuerdo a las actividades
asignadas a cada uno de éstos. • La operación de desmolde será realizada por un solo operario para cada línea de producción a diferencia del
modelo actual, así como también tendrán que esperar hasta la segunda venda para poder empezar a desmoldar y colocar las panelas en la mesa de trabajo.
• El tiempo total de producción de la empresa depende del número de moliendas al día.
Análisis de resultados del sistema actual comparado con el modelo de las 7 alternativas. El tiempo total promedio de producción del modelo actual a partir de 25 replicaciones es de 15.50 horas con una desviación estándar de 0.04, el cual incluye 6 moliendas al día. Sin embargo, para el modelo propuesto con 13 moliendas, 7 de la línea de producción actual y 6 para la segunda línea, el tiempo promedio de producción a partir de 25 replicaciones es de 16.57 horas con una desviación estándar de 0.06. En la figura 9 se muestra la comparación de los dos modelos.
Figura 9. Comparación en horas del tiempo de duración del proceso de producción en ambos modelos. El aumento de una hora con siete minutos es debido a que en el modelo propuesto se tiene un aumento de una molienda en la línea de producción actual adicional a las seis que ya se producen y de seis moliendas para la segunda
13579
11131517
6 Moliendas 13 Moliendas
15.5057516.57422
Hora
s
Modelo actual Modelo Propuesto
Tiempo total de producción en horas por día de trabajo
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
5
línea que se propone en este modelo, así como también el aumento del 10% de jugo que equivalen a 520 kilogramos por las 13 moliendas, motivo por el cual se ha incrementado el tiempo de producción de cada una de éstas. Por otra parte, otro de los beneficios de implementar las alternativas antes mencionadas a la empresa se ve reflejado en el incremento en la cantidad de panelas producidas al día, ya que con el modelo actual se producen 1560 kilos lo que equivale a 3120 piloncillos y con el modelo propuesto se espera un aumento de 4680 piloncillos, lo que equivale a producir 3900 kilos, es decir, 7800 piloncillos. Este incremento en la producción de piloncillos con siete moliendas extras en el proceso, así como 40 kilos por cada molienda, por un 10% extra en la extracción del jugo con la implementación de la cortadora de la caña, es realmente significativo, dado que con tan sólo una hora con siete minutos más en el tiempo total del proceso, se genera un 150% más de la producción que se tiene actualmente. En la figura 10 se muestra la comparación de la producción de piloncillos en ambos modelos de simulación. Además se tuvo un incremento en la utilización de las máquinas y los recursos de la empresa, logrando un 31.31% en el molino, así también se obtuvo un incremento para las máquinas de la línea de producción actual del proceso de elaboración de piloncillo de un 11.82% para el tanque de almacenamiento del jugo, un 5.12% en el tacho uno, del 1.5% para el segundo, 3.08% para el tercero, 1.30% para el cuarto y del 14.14 % para el quinto tacho. Así también se observa un incremento del 10% en el área de moldeo, un 5.43 % en el área de desmolde y del 9.45% en el empaque del producto para esta primera línea de producción. Por otra parte, para la segunda línea de producción que se propone se observa un porcentaje de utilización para el tanque del 29.72%, para el primer tacho del 47.64%, del 17.88% para el segundo, del 39.75% en el tercero, un 19.465 en el cuarto y de un 39.24% para el quinto tacho, así como un 6.04% para el moldeo, un 15.49% para el desmolde y del 13.65% para el empaque.
Figura 10. Comparación de la producción de piloncillos en ambos modelos. Para los recursos se observa un aumento considerable en la utilización de los trabajadores del molino, debido al incremento de 7 moliendas en el proceso de producción de la panela y de un 10% en la extracción del jugo. El análisis del porcentaje de utilización de los trabajadores se muestra en la figura 11, en donde se observa que el RecMolino_Op1 tiene un 23.05% en su porcentaje de utilización actual, produciendo 1560 kilogramos de panela en 6 moliendas al día. Así también, tiene un incremento del 31.49% en el modelo propuesto por el aumento de una molienda más y del 10% en la extracción del jugo en la primera línea y de 6 moliendas para la segunda.
010002000300040005000600070008000
6 Moliendas 13 Moliendas
3120
7800
Núm
ero
de p
ilonc
illos
Modelo actual Modelo propuesto
Cantidad de piloncillos producidos diariamente
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
6
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Trabajadores Trabajadores de la línea 1 Trabajadores de la línea 2
23.0
5%
54.5
4%
23.2
8%
54.4
4%
3.97
%
83.3
4%
93.6
1%
85.6
3%
17.1
6%
35.6
3%
35.0
1%
Porc
enta
je d
e ut
iliza
ción
Modelo Actual
Porcentaje de utilización de los trabajadores
RecMolino1
RecMolino2
RecTachos
RecAtizador
RecMoldeo
Modelo propuesto
Figura 11. Comparación del porcentaje de utilización de los trabajadores en ambos modelos. El RecMolino_Op2 realiza la misma actividad que el anterior, sin embargo éste muestra un incremento del 31.16% en la primer línea de producción del modelo propuesto por las misma razones antes mencionadas con el operario RecMolino_Op1. Cabe destacar que entre los dos operarios producirán la cantidad de 3900 kilogramos de panela con 13 moliendas que realizan en un día de trabajo. Como se puede observar en la figura 11, el RecTachos sólo aparece en el modelo actual con una utilización del 3.97%, ya que en el modelo propuesto no fue necesario anexarlo debido a lo descrito en la alternativa 6, respecto a la incorporación de tubos para el traspaso del jugo de tina a tina, consiguiendo con esto poder excluir al trabajador en el nuevo modelo. Pero sin duda alguna, éste sí representa un incremento en su utilización ya que para el modelo propuesto se aumentará el número de moliendas las cuales serán manejadas por él. Además se incrementó un 10.27% la utilización del RecAtizador en el modelo propuesto para la línea 1 y se observa un 85.63% para la segunda línea. Por otra parte, el RecMoldeo muestra un incremento al 35.63% y al 35.01% para la primera y segunda línea en el nuevo modelo, comparado con el 17.16% del actual.
Análisis económico de las alternativas de mejora Con el propósito de evaluar el flujo de efectivo neto para el nuevo modelo de simulación de la empresa, el cual incluye las 7 alternativas, se analizaron cuatro de los métodos de evaluación de proyectos de inversión más utilizados en el ámbito financiero, para lo cual fue necesario realizar la recopilación de algunos datos que servirán para tomar la mejor decisión de inversión en dicho proyecto. En base a las cotizaciones que se han evaluado para las alternativas que se proponen, se tiene que invertir la cantidad de $771,702 para la compra y equipamiento de las nuevas máquinas y equipos necesarios para poner en marcha dichas alternativas para el nuevo modelo de la empresa. Por lo que respecta a las ventas actuales con una producción de 37,440 kg de panela mensualmente se obtiene la cantidad de $1,965,600 al año y con el modelo propuesto con una producción de 93,600 kg al mes se obtiene una ganancia de $4,914,000 anual, vendiendo la panela a un precio promedio de $8.75 el kilo. Cabe destacar que la producción del piloncillo se hace durante el periodo de zafra de 6 meses, pero las ganancias se están considerando anualmente.
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
7
Por otra parte, en la tabla 2 se muestran los gastos mensuales que la empresa tiene actualmente con el propósito de evaluar los gastos incrementales para el nuevo modelo. Se observa que la empresa tiene un total de gastos mensuales de $210,411 para la producción actual, siendo necesario recalcar que la cantidad de compra que la empresa hace de materia prima es de sólo $38,400, ya que la empresa cuenta con sus propios campos de cultivo. Así mismo se muestra un total de $183,830 que la empresa tendrá en gastos incrementales mensualmente si se llevan a cabo las alternativas de mejora propuestas, teniendo un incremento gradual en la compra de la caña, ya que la empresa tendría que comprarla a sus proveedores a un precio de $400 la tonelada para cubrir la nueva demanda del nuevo modelo de simulación. Tabla 2. Gastos actuales de la empresa y gastos incrementales con el nuevo modelo.
En la tabla 2 se observa que hay cuatro rubros en los cuales no se tiene un incremento en gastos mensuales con la implementación de las 7 alternativas para el nuevo modelo (gasto incremental=0), tal es el caso de la comida y transporte de los operarios, ya que el número de operarios no se modificó en el modelo propuesto. Por otra parte, el pago de luz que se utiliza en ciertas áreas del proceso seguirá siendo de $600 porque no se aumentará el número de focos. En cuanto a la mano de obra de los cortadores de caña tampoco se tiene un incremento, debido a que para el modelo propuesto se comprará toda la caña necesaria a los proveedores. Note que los gastos anuales son para el periodo de zafra de 6 meses, teniendo la cantidad de $1,102,980 en gastos incrementales con las 7 alternativas que se proponen. También se está considerando la depreciación en línea recta a 10 años de la cortadora de caña, la banda transportadora, los moldes, el rack para los moldes y la tina para lavar los moldes, esto es debido a que los activos fijos pierden su valor con el tiempo, ya que la empresa debe generar y reportar utilidades que representen un exceso sobre el capital invertido y también debe de tener la capacidad de reponer sus activos para continuar con la misma capacidad de operación. Por eso, cuando se reconoce el gasto por depreciación se está reconociendo que el activo fijo perdió valor durante el ejercicio y que por lo tanto este gasto no se le paga a nadie, sino más bien se está admitiendo que la salida de efectivo ocurrió cuando se compró el activo fijo en efectivo. Lo que esto hace es impedir que un importe igual a ventas se convierta en utilidades, de tal manera que la empresa acumule recursos que más adelante le permitirán reponer los activos, lo que podría asumirse como un tipo de reserva. Considerando que el proyecto se evaluará en un periodo de 5 años y que el tiempo de vida estimado para el activo fijo (cortadora de caña, la banda transportadora, los moldes, el rack para los moldes y la tina para lavar los moldes) es de 10 años con una depreciación de línea recta, se determina establecer un valor de rescate del 50% del total del monto invertido en su adquisición debido a que aún tiene un tiempo de vida estimado de 5 años, quedando un monto de $380,700, lo que significa que en el último ejercicio se sumará esta cantidad al flujo de efectivo, obteniendo $1,309,572 como flujo de efectivo neto para el quinto año. Con la información anterior es posible realizar el cálculo de los flujos de efectivo de la empresa para los próximos cinco años, estos cálculos de los flujos de efectivo se muestran en la tabla 3. En la tabla 3 se observa que en el primer año no se están considerando los impuestos, dado que los dueños aun no la han registrado ante hacienda, pero para los próximos años se sugiere a la empresa que lo haga de la manera adecuada, por lo que se está considerando un 30% ISR y un 17.5% de IETU, lo que da una suma del 47.5%. Con la información recopilada anteriormente es posible evaluar diversos métodos que ayudarán a tomar decisiones sobre la inversión que se propone. En primer lugar se calcula el valor presente neto (VPN), ya que es uno de los métodos más conocidos para evaluar proyectos de inversión, porque ayuda a determinar si una inversión cumple con
Mano de obra
directa
Comida de los
operarios
Gastos de combustible
de los transportes
Transporte de personal
Gasolina para el
proceso
Empaque del
productoLuz
Mantto de las
máquinas
Insumos (Cal y cebo)
Mano de obra de los
cortadores de caña
Compra de caña para el
proceso
Pegamento para las cajas
Total (mensual)
Total (anual)
Gastos actuales de la empresa. 50,700 9,600 12,500 4,177 10,000 5,600 600 2,000 500 75,000 38,400 1334 210,411 1,262,466
Gastos incrementales con las alternativas
propuestas10,956 0 8,000 0 19,000 8,500 0 500 585 0 134,400 1889 183,830 1,102,980
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
8
CONCEPTOInversión inicial 0 1 2 3 4 5Inversión Inicial -771,702Flujo de efectivo operativo adicionalVentas 2,948,400 2,948,400 2,948,400 2,948,400 2,948,400Gastos Incrementales 1,102,980 1,102,980 1,102,980 1,102,980 1,102,980Depreciación 76,140 76,140 76,140 76,140 76,140Utilidades antes de impuestos 1,769,280 1,769,280 1,769,280 1,769,280 1,769,280Impuestos 0 840,408 840,408 840,408 840,408Utilidades Netas 1,769,280 928,872 928,872 928,872 928,872Flujo de efectivo terminalValor de rescate 380,700flujo de efectivo neto total por periodo -771,702 1,769,280 928,872 928,872 928,872 1,309,572
FLUJO DE EFECTIVO NETO DEL TRAPICHE DEL NUEVO MODELO PROPUESTOAÑOS
el objetivo básico de las finanzas, que es la creación de valor para la empresa. Por medio de este método de evaluación de proyectos de inversión se puede conocer si aumenta o disminuye el valor del trapiche. Tabla 3. Flujo de efectivo neto del nuevo modelo propuesto en pesos para los próximos 5 años. Para calcular el valor presente neto es necesario descontar la suma total del valor presente de los flujos esperados del proyecto a la inversión inicial. Esto se expresa con la siguiente fórmula:
………..(9) Donde: C0 = Inversión inicial, el valor es negativo porque representa una salida de efectivo. CT = Flujos de efectivo esperados en T período. r = Tasa de descuento. T= Número de períodos a evaluar. La tasa de descuento que se utilizó para el cálculo del VPN es del 9.12% obtenida de la suma de la tasa actual de CETES de 365 días que es de 4.75% y el promedio de la inflación en México de los últimos 5 años de 4.37%. Una vez teniendo los datos necesarios para sustituir en la fórmula 1 se obtuvo un VPN de $3,846,305, que representa un cambio favorable. Así mismo se calculó otra alternativa de evaluación de proyectos de inversión, tan importante como el valor presente neto, la cual es la Tasa Interna de Retorno sobre la inversión, conocida como TIR. El cálculo de la TIR se hizo con la ayuda de Excel, y obtuvimos un resultado positivo, con una TIR del 192%, mucho mayor que la tasa de descuento que se seleccionó del 9.12%. Otra de las alternativas de valuación que utilizamos fue el período de recuperación descontado, método que se utilizó ya que proporciona información exacta del tiempo en el cual se recupera la inversión, gracias a que toma en cuenta el valor del dinero a través del tiempo, al descontar el costo de oportunidad o tasa de descuento de los flujos de efectivo y con ello determinar en cuanto tiempo se recuperará la inversión de manera precisa, a diferencia del periodo de recuperación que sólo utiliza los flujos de efectivo sin considerar que el dinero pierde su poder adquisitivo a través del tiempo, brindándonos información errónea del tiempo en el que la inversión se recuperará. En la tabla 4 se muestran los cálculos correspondientes. Se puede observar que el periodo de recuperación descontado es de 5.65 meses, lo que significa un proyecto muy conveniente debido a que la inversión total se recuperará en el primer periodo de operaciones en menos de un año. En este método se utiliza el valor presente de los flujos de efectivo que para el primer año es de $1,621,408 con la misma tasa de descuento utilizada para este proyecto que es de 9.12%, con lo cual se logra cubrir la inversión inicial de $771,702.
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial12
9
AñoFlujo
descontado acumulado
1 -771,702 1769280/(1+.O912)^1= 1,621,408
2 -771,702 928872/(1+.O912)^2= 780,094
3 -771,702 928872/(1+.O912)^3= 714,896
4 -771,702 928872/(1+.O912)^4= 655,147
5 -771,702 1309572/(1+.O912)^5= 846,462
4,618,007
6.0
SUMA DE VP DE FLUJOS
INDICE DE RENTABILIDAD
Valor presente flujo futuro
Tabla 4. Cálculos para el periodo de recuperación descontado.
Finalmente, se llevó a cabo el análisis de la evaluación del proyecto tomando en cuenta el método del índice de rentabilidad, el cual es la razón del valor presente de los flujos de efectivo esperados a futuro después de la inversión inicial dividida entre el monto de la inversión inicial. En la tabla 5 se muestra el valor presente del flujo futuro para los cinco años que se están evaluando. Tabla 5. Cálculos para el índice de rentabilidad. En base al índice de rentabilidad obtenido de 6.0 se puede tomar la decisión de aceptar estas alternativas de inversión para el nuevo modelo ya que el resultado es mayor que 1, lo cual cumple con la regla de decisión de un proyecto de inversión tomando en cuenta el IR.
Conclusiones del proyecto El uso del software de simulación permitió analizar y evaluar el sistema de producción actual de piloncillo en el trapiche “La Vieja Molienda de Santa Maty”, de manera económica y sin la necesidad de tener que haber interrumpido la operación logrando obtener grandes beneficios para la empresa. En primer lugar, con los tiempos de mano de obra recopilados para cada uno de los operarios del trapiche, los tiempos de producción, el porcentaje de utilización de las máquinas y el análisis estadístico de cada uno de éstos fue posible elaborar un modelo de simulación con ayuda del software Plant Simulation que permitiera analizar y comparar el porcentaje de utilización real de las máquinas, los recursos disponibles y la cantidad de producción actual, de manera que se pudieran proponer alternativas de mejora para la empresa y de esta manera ayudar a incrementar la productividad y las utilidades de la misma. Con el análisis en el área de moldeo, secado, desmolde y empaque del modelo actual se detectó que si se realizaba un ajuste en los tiempos de inicio de entrada de caña para cada molienda, este proceso podría ser manejado por un solo operario ya que los tiempos se modificaron dando tiempo a concluir cada una de las actividades individualmente. Además, con esta mejora se pudo aprovechar la experiencia de uno de los recursos para poder reubicarlo en la misma área, pero de la segunda línea que también se propone.
AñoFlujo
descontado acumulado
Valor presente flujo futuro Flujo a VP Saldo
Periodo de recuperación
descontado (PRD) "Meses"
1 -771,702 1769280/(1+.O912)^1= 1,621,408 849,705.62 5.65
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial13
0
Así también, se logró un resultado satisfactorio con la introducción de la cortadora de caña cotizada a un costo de $661,200 que será colocada previamente a la etapa de molienda de la caña de azúcar. Con esta cortadora se logrará un incremento del 10% en la extracción del jugo, de manera que se obtendrán 40 kilos de piloncillo por cada molienda. Por otro lado, con una inversión de solo $10,342 para la compra de los componentes necesarios para la incorporación de una segunda línea de producción con las mismas características que la que existe actualmente, se podrá aumentar el número de moliendas al doble. Estas dos últimas alternativas para mejorar la productividad del proceso de elaboración de piloncillo y por consiguiente su producción, tienen un efecto significativo en el modelo de simulación propuesto. Sin embargo, con la implementación de las coladeras fijas en el área de preelimpieza con un costo de $2,960, y la compra de una banda transportadora para colocarla desde la salida del molino hasta el almacén de bagazo cotizada por la cantidad de $92,220, fue posible eliminar el mantenimiento de la coladera manual del modelo actual, además de excluir a uno de los trabajadores de esta área y reubicarlo en el manejo del horno de la segunda línea de producción. Por otra parte, con la ejecución de las alternativas mencionadas anteriormente se realizaron ciertos cambios en los descansos programados para la hora de comida, con el propósito de homogeneizar la carga de trabajo y obtener un mejor ambiente en el mismo. Así también, con las alternativas para el modelo propuesto, fue posible aumentar una molienda más a la línea de producción actual teniendo un total de 13 moliendas, las cuáles se reparten en 7 para la primera línea de producción y 6 para la segunda línea, con un incremento en el tiempo total del proceso de una hora con siete minutos. Al realizar los análisis y evaluar estas mejoras en el modelo de simulación fue posible determinar que sí hubo una enorme mejoría al incrementar la productividad a un 150% adicional a lo que se produce actualmente, es decir, se incrementó la cantidad de piloncillos de 3120 a 7800, con lo cual se corrobora que la aplicación de las alternativas propuestas tiene un beneficio altamente significativo para el trapiche. Por lo que concierne al análisis económico de la empresa, éste resultó positivo en los cuatro métodos de evaluación de proyectos de inversión que se aplicaron, ya que con una inversión total de $771,702 incluyendo todas las alternativas, se generará una ganancia para el primer año de $1,769,280, una de $928,872 para los próximos tres años y de $1,309,572 para el quinto año, adicionales a la que ya se tiene con el modelo actual de $703,134, lo cual representa un aumento considerable en las utilidades de la empresa. Hay que destacar que estas ganancias se consideran anuales, pero realmente el trapiche sólo trabaja durante los seis meses de zafra; sin embargo, los dueños reparten sus utilidades en 12 meses ya que no tienen otra fuente de ingresos durante el periodo que se encuentra parada la empresa. Con estos flujos de efectivo se obtuvo un VPN de $3,846,305, una TIR del 192 %, y un período de recuperación de la inversión de 5.65 meses. Además, concluimos que con un 6.0, el índice de rentabilidad reafirmó la rentabilidad del proyecto. Adicionalmente a estas mejoras se tiene la estandarización de los parámetros de calidad de la panela (temperatura, grados Brix y pH) que ayudarán a estandarizar el proceso en la etapa de cocción, logrando un producto de mejor calidad que cumplirá con las expectativas de sus clientes. Así también, con este proyecto los trabajadores del trapiche tendrán un incremento en su salario del 21% mensual, aumentando sus ingresos de $6,638 a $7,707 para cada uno, ya que al producir más cantidad su remuneración a destajo aumenta. Una vez presentado el proyecto de mejora a los dueños, el cual considera las 7 alternativas que ayudarán a mejorar la productividad del trapiche, éstos mostraron un gran interés para implementar en la empresa las alternativas que se proponen con el objetivo de mejorar sus métodos y procesos de producción, para que de esta forma se incrementen los ingresos y por ende la calidad de vida de los trabajadores y de los inversionistas. A corto plazo, el primer objetivo a cumplir es la compra de la cortadora de caña.
Referencias Bibliográficas
Banks, Jerry. Handbook of simulation: principles, methodology, advances, applications and practice, Editorial Wiley-Interscience, Estados Unidos, 2000. Banks, J. Carson, J. Nelson, B. Nicol, D. Discrete-event system simulation, Editorial Prentice Hall, Estados Unidos, 2009. Cantú Delgado, J. Humberto, Simulación y Modelos Estocásticos, Editorial McGraw Hill, México, 1996.
Revi
sta
de la
Inge
nier
ía In
dust
rial13
1
Chen, James. Manual del azúcar de caña, Editorial Noriega Limusa, México, 1991. Coss Bu, Raúl. Simulación un enfoque práctico, Editorial Limusa, México 1993 Fishman, George S. Principles of discrete event simulation, Editorial John Wiley, Estados Unidos, 1979. Law, Averill y Kelton, David. Simulation modeling and analysis, Editorial McGraw-Hill, Boston, 2000. Miller, Irwin y Freund, John E. Probabilidad y estadística para ingenieros, Editorial Reverté, España, 2004. Montgomery, Douglas C y Runger, George C. Probabilidad y estadística aplicadas a la ingeniería, Editorial Limusa-Wiley, México, 2004. Moras Sánchez, Constantino G., “Apuntes de la clase de Simulación”, Maestría en Ingeniería Industrial. Instituto Tecnológico de Orizaba, 2010. Plant Simulation Basics, Students Guide. Siemens, Estados Unidos, 2007. Plant Simulation Programming and Strategies, Student Guide. Siemens, Estados Unidos, 2007. Pooch, Udo W. y Wall, James A. Discrete event simulation, Editorial CRC Press, Estados Unidos, 1993. Sumanth David, Ingeniería y administración de la productividad, Editorial McGraw Hill, México. Schriber, Thomas J., An introduction to simulation, Editorial John Wiley & Sons, Estados Unidos de América, 1991. Solís, J. Pérez, F. Orozco, I. Flores, J. Ramírez, E. Hernández, A. Aguilar, B., “Descripción de un proceso tecnificado para la elaboración de piloncillo a partir de caña de azúcar”, e-Gnosis, 4, 2006, obtenido en la Red Mundial el 18 de febrero de 2011, http://redalyc.uaemex.mx. Walpole, R. Myers, R. Myers, S. Probabilidad y estadística para ingenieros, Editorial Prentice Hall, México, 1999.
