VICERRECTORADO DE INVESTIGACIÓN II PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INVESTIGACIÓN CIENTIFICA, TECNOLÓGICA Y HUMANÍSTICA CUARTA UNIDAD DE APRENDIZAJE Sesión 08 INVESTIGACION EN EL CAMPO DE LAS INGENIERIAS CASO DE ESTUDIO SOBRE MODELO DE PERFIL DE PROYECTO: La Investigación de Operaciones para mejorar la Productividad y la Calidad de la Industria de Fundición Ferrosa en el Perú
Por: Ingº Carlos Raúl Sebastián Calvo Setiembre, 2016
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II PROGRAMA DE ESPECIALIZACIÓN EN INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA, TECNOLÓGICA Y HUMANÍSTICA (Modalidad Semipresencial)
Resumen Se trata de un Proyecto multidisciplinario que abordará el planeamiento de la producción por fundición y la programación y optimización de las cargas de los hornos de fusión más comúnmente utilizados en la fabricación de piezas en aleaciones ferrosas, para el mercado peruano. La información a obtener deberá definir: 1) el Planeamiento Agregado, 2) el Programa Maestro de Producción, 3) el Plan de Requerimiento de Materiales y 4) la Programación de las Operaciones de fusión en los hornos, para producir una cartera de pedidos compuesta de diversas piezas o cantidades de estas, en materiales ferrosos variados, maximizando la productividad (o el margen de contribución a las utilidades) y superando las restricciones del proceso. Los estudios de caso se realizarán en dos fundiciones localizadas en la ciudad de Lima. Los resultados de la simulación de varias jornadas de producción, deben mostrar que los procedimientos a proponer serán capaces de reportar mejores soluciones.
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CONTENIDOS DE LA SESION 1. PRESENTACION 2. INFORMACION GENERAL SOBRE EL PROYECTO 3. CARACTERIZACION DE LA FUNDICION EN EL PERU 4. OBJETIVOS 5. PROBLEMA GENERAL 6. PROBLEMAS ESPECÍFICOS 6.1 Modelo mostrando la caracterización del problema, con fines de programación y control de la producción 7. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO ANTECEDENTES 9. NATURALEZA, METODO, MODELO Y TIPO DE INVESTIGACION 10. PROCESO DE LA INVESTIGACIÓN 10.1 FLUJOGRAMA DE LA PRODUCCIÓN DE PIEZAS POR FUNDICIÓN 10.2 DIAGRAMA DE ANÁLISIS DE LAS OPERACIONES DE LA FUNDICIÓN DE LAS EMPRESAS SELECCIONADAS COMO MUESTRA 10.3 OTROS ASPECTOS A SER ABORDADOS 11. HIPOTESIS, VARIABLES E INDICADORES 12. TECNICAS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS 13. PROGRAMACIÓN DE ACTIVIDADES 14. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES 15. PRESUPUESTO REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Anexo 1: cuestionario a aplicar Anexo 2: matriz de consistencia EVALUACION
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ASPECTOS METODOLOGICOS
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1. PRESENTACION Se abordará el planeamiento de la producción por fundición y la programación y optimización de las cargas de los hornos de fusión más comúnmente utilizados en la fabricación de piezas en aleaciones ferrosas, para el mercado peruano. •El tema se orientará básicamente a definir: 1.El Planeamiento Agregado de la Producción 2.El Programa Maestro de Producción 3.El Plan de Requerimiento de Materiales 4.La Programación de las Operaciones de fusión en los hornos, para producir una cartera de pedidos, maximizando la productividad y superando las restricciones del proceso.
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2. INFORMACIÓN GENERAL DEL PROYECTO LÍNEA DE INVESTIGACIÓN APROBADA CON LA QUE SE RELACIONA EL PROYECTO: INVESTIGACION DE OPERACIONES TIPO DE INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN TECNOLÓGICA ÁREA DE INVESTIGACIÓN PROCESOS Y OPERACIONES INDUSTRIALES
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3. CARACTERIZACION DE LA FUNDICION EN EL PERU • Importante industria primaria que suministra bienes intermedios a otras industrias como la: minero-metalúrgica, agrícola, química, alimentaria, naval, petrolera, de construcción y montaje en general y, en menor grado a la industria automotriz. • Solo una pequeña fracción de las piezas producidas pasa directamente al consumidor final (fundiciones de mercado) • Algunas fundiciones son departamentos de empresas cuya producción se destina básicamente para consumo propio ( fundiciones cautivas) • Ausencia de una política de mercado, caracterizan a la mayoría de las fundiciones del medio, como pequeñas y medianas empresas. • Carencia de una estructura gerencial organizada. • Gestión de operaciones basada solo en el buen sentido común y en la experiencia del administrador de los procesos. 7 7
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4.- Objetivos Objetivo general Mostrar las metodologías de investigación aplicada a la solución problemas de planeamiento y programación de las operaciones en industria de fabricación de aleaciones ferrosas en el país, y los programación de las operaciones de fundición, a fin de mejorar competitividad de dicha industria en el país.
de la de la
Objetivos específicos 1. Capacitar en técnicas de mejoramiento de la productividad y la calidad de la fundición ferrosa en el país, aplicando herramientas de planeamiento de las operaciones. 2. Difundir las técnicas de utilización de herramientas de programación de las operaciones, contribuyendo a mejorar la calidad y la productividad de la fabricación de aleaciones ferrosas en el país. 8 8
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5.- Problema General Las pequeñas y medianas empresas de fabricación de piezas de fundición ferrosa, enfrentan problemas de baja productividad y de desatención de la demanda de un mercado cada vez más exigente en cuanto a los niveles de calidad requeridos, y de diversificación respecto de la complejidad de las fabricaciones, por no hacer uso adecuado de los recursos tecnológicos disponibles, para el planeamiento, programación y control de sus operaciones; aspectos importantes para el mejoramiento de la productividad y la calidad, a costos razonables. Lo anterior ocasiona baja productividad y desatención de la demanda de un mercado cada vez más exigente y diversificado, debido a la escasa utilización de los recursos tecnológicos disponibles en la actualidad, como son las herramientas para el planeamiento, programación y control de las operaciones. Con la solución del problema, se podrían satisfacer a amplios sectores de la industria, que todavía esperan suministros nacionales de piezas de fierro fundido y de aceros normalizados de alta calidad. 9 9
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6.- Problemas Específicos 1. Las pequeñas y medianas empresas de fundición nacionales enfrentan problemas de planeamiento de la producción. 2. En cuanto a programación de las operaciones, estas no se formulan como problemas de optimización combinatoria (aspecto escaso de métodos eficientes). No se están usando por ejemplo, softwares dotados de métodos de optimización generales, aunque estos tampoco son suficientes para enfrentar los problemas complejos de la manufactura ya que no exploran la estructura combinatoria de la misma. Estas constataciones indican la necesidad de desarrollar métodos adaptados a los problemas de la industria nacional, que suministren una solución de buena calidad, en tiempo coherente con las decisiones a ser tomadas en la producción. Los métodos heurísticos combinados con otros programas, poseen características deseables, tales como: posibilidad de tratamiento de problemas reales de difícil modelamiento matemático y facilidad de ser entendidas por el usuario.
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6.1 MODELO MOSTRANDO LA CARACTERIZACIÓN DEL PROBLEMA, CON FINES DE PROGRAMACIÓN Y CONTROL DE LA PRODUCCIÓN
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6.2 QUE DEBEN RESOLVER LOS PROGRAMAS A UTILIZAR? 1. Fusión a costo mínimo, como parte principal del programa, es donde se calcula la mejor carga que se puede hacer para obtención de una dada aleación, a un costo mínimo. 2. Tratamientos en el estado líquido a costo mínimo, donde se supone que se siguen las etapas convencionales de elaboración de fierros fundidos grises y nodulares, utilizando ferro aleaciones y ligas importadas de composición química conocida y exacta. 3. Ajuste de composición química a costo mínimo, donde se supone que una carga preliminar fue fundida (fierro fundido base en estado líquido), una muestra de esta carga fue retirada para análisis químico y entonces se hacen adiciones finales para ajuste de la composición. Aquí también será posible la minimización de costos. 12 12
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7. JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO El proyecto se justifica por las siguientes consideraciones: 1. Las empresas pequeñas y medianas de fundición en el país, reportan costos elevados y los recursos internos no son utilizados con eficiencia. Además, en la mayoría de casos, no se ha adoptado tecnologías de punta y muchos procesos son todavía manuales por lo que se originan elevadas proporciones de desperdicios. 2. No son pocas las empresas de fundición nacionales que han cerrado sus operaciones en los últimos 10 años, por lo que es necesario que aquellas que aún funcionan y las nuevas que están incursionando en el mercado, mejoren sustancialmente su productividad y alcancen elevados niveles de calidad para tornarse competitivas. 3. Se observa que gran parte de las fundiciones nacionales carecen de estructuras gerenciales que otorguen la debida importancia al planeamiento y programación de sus operaciones, habiéndose observado con frecuencia una gestión de operaciones empírica basada solo en buen sentido común y la experiencia de sus administradores.
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8. ANTECEDENTES No se encuentran en el país suficientes estudios relacionados al tema materia de investigación. Existen algunos estudios realizados en el exterior, en relación al tema: 1. Metzger e Schwarzbek [1961], sobre el cálculo de carga de fusión para producción de fierro fundido. Por las dificultades matemáticas del método analítico, pasaron a usar el computador de gran tamaño ("main frame"), que tomaba horas o días ya que esos computadores eran compartidos. 2. Vanhoutte [1970] usa los primeros minicomputadores para cálculo de lecho de fusión. El computador de Vanhoutte, a pesar de dedicarse solamente a esa tarea, fue un gran avance. Sólo tenía capacidad de memoria para resolver una matriz con solo 15 materias primas. 3. Kuester y Mize [1973], utiliza el lenguaje de programación FORTRAN ("formula translator") y publicaron el libro "Optimization Techniques«. La mayor dificultad estaba en la rapidez de preparación del problema a ser resuelto, o sea, la colocación de las restricciones y limitaciones metalúrgicas de manera ágil e rápida para que la respuesta viniese en tiempo real. Este tipo de limitación recién vino a ser resuelto con la llegada de la microcomputación del tipo PC. 4. Lee et al. [1996], dan una visión general del desarrollo del proceso y describen con detalles la fabricación en el cual el hierro fundido es transformado en placas de acero, destacando la variedad de objetivos que pueden ser considerados en este tipo de fundición. Son relatadas varias experiencias de la IBM. 5. En Araujo et al. [2002], se realiza el estudio de un problema de planeamiento y programación de la producción para un caso práctico encontrado en una fundición pequeña. Luego modelaron el problema como programación mixta, con restricción de capacidad y costo de preparación. 6. En Araujo et al. [2003], se hizo un estudio de caso en una fundición grande para la cual se propuso un modelo matemático que fue resuelto con un paquete de optimización; mostrando sustanciales aumentos de productividad y reducción de atrasos en la entrega de los pedidos. 7. El estudio en Santos-Meza et al. [2002], es lo que más se asemeja a la propuesta del presente trabajo, a pesar de que no consideran costo de preparación.
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9. NATURALEZA, METODO, MODELO Y TIPO DE INVESTIGACION
En cuanto a su naturaleza, se trata de una investigación tecnológica aplicada de carácter multidisciplinario. El método aplicado será descriptivo, explicativo y por la dimensión del periodo de ejecución será longitudinal. Se describirá, analizará y se interpretará sistemáticamente un conjunto de hechos relacionados con el presente de la industria de fundición en el país. Se identificará y conocerá la naturaleza de la situación mediante el estudio de casos con las muestras de las empresas seleccionadas para el estudio. Respecto a la calidad del modelo de estudio de caso, el criterio para juzgar el diseño utilizado en la investigación u orientación metodológica, será el de validez externa pues se establece el dominio sobre el cual los descubrimientos pueden ser generalizados o replicados en otras fundiciones. El tipo de investigación, es el de Ex-Post-Facto, por que se investigarán posibles relaciones causales observando manifestaciones y resultados que ya tuvieron lugar en la industria de la fundición ferrosa en el país. En la investigación Ex-Post-Facto, la variable independiente será manipulada en su medio natural, sin interferencia del investigador. El hecho a ser estudiado ya ocurrió, determinándose los elementos que generaron el acontecimiento y los caminos probables que surgen debido a lo ocurrido. 15
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PROCESO DE INVESTIGACION
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10. PROCESO DE LA INVESTIGACIÓN
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10.1 FLUJOGRAMA DE LA PRODUCCIÓN DE PIEZAS POR FUNDICIÓN
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10.2 DIAGRAMA DE ANÁLISIS DE LAS OPERACIONES DE LA FUNDICIÓN DE UNA DE LAS EMPRESAS SELECCIONADAS COMO MUESTRA
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10.3 QUE OTROS TEMAS MERECEN SER ABORDADOS Planeamiento y programación de la producción involucrando varios niveles importantes de decisión que están interrelacionados: Que cantidad de moldes deben ser confeccionados en estación de moldeo.
cada máquina o
Que aleaciones serán producidas en el horno o los horno que están operando. Que recursos serán necesarios para programar adecuadamente las distintas operaciones. Que materiales y en que cantidades, son necesarios para la producción a costos mínimos. Los métodos de solución deben permitir al tomador de decisiones, realizar arreglos en función de la cartera de pedidos. 20
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11. HIPOTESIS HIPOTESIS GENERAL Aplicando conjuntamente técnicas de planeamiento y de programación de las operaciones, mejoraría la competitividad de las industrias de fundición ferrosa en el país. HIPOTESIS ESPECÍFICAS a. Mediante la aplicación de herramientas de planeamiento de las operaciones, mejoraría la productividad de las industrias de fundición ferrosa en el país. b. Mediante la utilización herramientas de programación de las operaciones mejoraría la calidad en las industrias de fundición ferrosa en el país. 21 21
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11.1 Hipótesis, variables e indicadores Formulación de las hipótesis
Estructura Variables y Relaciones Cualitativas
Indicadores de cada variable
Hipótesis General Aplicando conjuntamente técnicas de planeamiento y programación de las operaciones, mejoraría la competitividad de las industrias de fundición ferrosa en el país.
Variable Independiente La aplicación conjunta de técnicas de planeamiento y programación de las operaciones Variable Dependiente La competitividad de la industria de fundición ferrosa en el país. Relación cualitativa Mejoraría
De la VI: Flujo de información sobre técnicas de planeamiento. Flujo de información sobre técnicas de programación operacional.
Hipótesis Específica 1 Variable Independiente Mediante la aplicación de herramientas de La aplicación de herramientas de planeamiento planeamiento de las operaciones, de las operaciones mejoraría la productividad de las industrias de fundición ferrosa en el país. Variable Dependiente La productividad de las industrias de fundición ferrosa en el país.
De la VD: Tiempos operacionales, Porcentaje de desechos, Rendimiento Metalúrgico, Demanda, porcentaje de retrabajos
De la VI: Flujo de información sobre técnicas de planeamiento. De la VD: Tiempos operacionales, Porcentaje de desechos, Rendimiento Metalúrgico, a, porcentaje de retrabajos
Relación cualitativa: Mejoraría Hipótesis Específica 2 Mediante la utilización herramientas de programación de las operaciones, mejoraría la calidad en las industrias de fundición ferrosa en el país.
Variable Independiente La utilización herramientas de programación de las operaciones, Variable Dependiente La calidad en las industrias de fundición ferrosa en el país. Relación cualitativa Mejoraría
De la VI: Flujo de información sobre técnicas de programación. De la VD: Software específico, Técnicas de programación lineal, programas desarrollados
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12. TECNICAS E INSTRUMENTOS A SER UTILIZADOS CUESTIONARIOS Se desarrollarán en forma directa con los elementos seleccionados lo que permitirá recopilar información primaria. Se plantearán preguntas principalmente relativas a las estrategias competitivas, a nivel de integración e informatización de la producción y a las funciones de Planeamiento y Gestión Operacional. OBSERVACIÓN Será necesario percibir los factores que repercuten en el desarrollo de las actividades de producción de fundiciones ferrosas y su relación con el entorno. PARTICIPACION DIRECTA Se participará en las jornadas de producción, desde la preparación de los moldes, selección de la materia prima metálica y otras aleaciones y materiales sólidos, hasta su conversión en piezas conformadas por fundición.
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12.1 INSTRUMENTOS
INDICADORES VARIABLE INDEPENDIENTE:
La aplicación conjunta de técnicas de planeamiento y programación de las operaciones. Flujo de información sobre técnicas de planeamiento. Flujo de información sobre técnicas de programación operacional VARIABLE DEPENDIENTE:
TÉCNICAS NECESARIAS Cronograma. Descriptiva (recoger, registrar y elaborar datos e información, para construir instrumentos. metodológicos aplicables a los propósitos del estudio que se está realizando). Observación (registro y ordenamiento de las características de las observaciones). Fichaje de información (análisis e interpretación relevante para la investigación).
PROCEDIMIENTOS Lógicos, (inductivos deductivos) Matemáticos Analíticos
Descriptiva (recoger, registrar y elaborar datos e información, para construir instrumentos. metodológicos aplicables a los propósitos del estudio que se está realizando). Observación (registro y ordenamiento de las características de las observaciones). Fichaje de información (análisis e interpretación relevante para la investigación).
Cronológicos Matemáticos
Fichas de resumen. Elaboración de tablas. Curvas Plan de de Observación
Descriptiva (recoger, registrar y elaborar datos e información, para construir instrumentos. metodológicos aplicables a los propósitos del estudio que se está realizando). Observación (registro y ordenamiento de las características de las observaciones). Fichaje de información (análisis e interpretación relevante para la investigación).
Cronológicos Matemáticos
Fichas de resumen. Elaboración de tablas. Gráficos.
y
INSTRUMENTOS Tablas Gráficos Curvas Plan de observación. Fichas de resumen
La competitividad de la industria de fundición ferrosa en el país. Tiempos operacionales Porcentaje de desechos Rendimiento Metalúrgico, Demanda Porcentaje de retrabajos. VARIABLE INDEPENDIENTE:
La utilización herramientas de planeamiento de las operaciones. Flujo de información sobre técnicas de planeamiento. VARIABLE DEPENDIENTE: La productividad de las industrias de fundición ferrosa en el país. Tiempos operacionales Porcentaje de desechos Rendimiento Metalúrgico Demanda Porcentaje de retrabajos VARIABLE INDEPENDIENTE:
La utilización herramientas de programación de las operaciones. Flujo de información sobre técnicas de programación. VARIABLE DEPENDIENTE: La calidad en las industrias de fundición ferrosa en el país. Nº procesos bajo control Software específico Reducción de reclamos.
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Fichaje sugerido a. Fichas de teorías generales (ejms.) Ficha Matriz (FM), sugerida a. b. c.
Goldratt, Eliyahu; Cox, Jeff; (1998) La Meta: Un proceso de mejora continua. México; Editorial Castillo; 2ª ed. en español; 408 p. 2. Hitt, Michael; Ireland, Duane; Hoskisson, Robert; Administración Estratégica: Conceptos, Competitividad y Globalización. EE.UU. Thomson Editores; 3ª ed.; 168 p. Osmar E. (1997). Kaizen – La clave del cambio. Internet: www.gestiopolis.com/recursos/ documentos/fulldocs/ger1/kaicamstani.htm
b. Fichas de teorías particulares (FTP) a. b. c. d. e. f. g.
"Sand Testing and Sand System Design," L.J. Pedecini and M.B. Krysiak-Mizzi, 1989 AFS Transactions, AFS, Des Plaines, IL. "Understanding the Basics of Green Sand Testing," M.J. Granlund, MODERN CASTING, March 1999. "If It’s Black, Why Do They Call It Green Sand-Part 3," D. Hoyt, MODERN CASTING, February 1996. Boon, G.K.; Mercado, A.; Automatización Flexible en la Industria; Ed. LIMUSA-Noriega, México, 1991. James VARIABLE Valentino and Joseph Goldenberg; "Introduction to Computer Numerical Control 3/E" Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey 07458 Martino, R.L.; Sistemas Integrados de Fabricación; Ed. LIMUSA-Noriega, México, 1990.
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Fichas de observación
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Fichas de observación FO. 1 VISITA RECOMENDABLE A LA EMPRESA INDUSTRIAS DRESSER S.A. Para conocer si se aplican herramientas de planeamiento y programación de las operaciones, previamente se realizará una inspección a las áreas de moldeo, fusión y colada, de la mencionada empresa. Se sabe que el horno cubilote existente de 5 Ton/día de capacidad, recibe distinta proporción de materiales de carga, consistentes principalmente en chatarras clasificadas de la industria automotriz. Se usa poco o nada de retornos de fabricación de composición química conocida y arrabio siderúrgico normalizado. La razón de esta desproporción, se explica por la confianza y experiencia existente.
FO. 2 VISITA RECOMENDABLE A LA EMPRESA FUNDICION MOLD CASTING S.A. Para verificar la aplicación de herramientas de planeamiento y programación de las operaciones, previamente se plantea realizar una inspección de la operación de los hornos de inducción y de los parámetros bajo control durante la operación de fusión. La empresa, fundada en 1976, se dedica a la producción de piezas en aceros especiales y fierros fundidos, grises y nodulares, para la minería, tanto nacional como internacional. También se ha posicionado como fabricante de repuestos equivalentes a los OEM, atendiendo requerimientos de marcas como Caterpillar, Komatsu, Volvo, Dresser, Champion, Daewoo y Hyundai, entre otras. Se sabe que los hornos de 600, 800 y 900 Kg. de capacidad por corrida de 50 min., reciben distinta proporción de materiales de carga, consistentes en chatarras clasificadas, retornos de fabricación de composición química conocida y arrabio siderúrgico normalizado, según el tipo de acero fundido a producir. La razón de esta variedad, se explica por la diversidad de grados aceros especiales producidos y, en ocasiones, de fierro fundido nodular, según requerimientos del mercado. La empresa cumple con los estándares internacionales de calidad y utiliza herramientas de gestión de operaciones que esperamos esté dispuesta a divulgar en detalle.
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13. PROGRAMACIÓN DE ACTIVIDADES
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14. RECURSOS HUMANOS Y MATERIALES RECURSOS HUMANOS 1 2 3 4
Jefe del Proyecto (1) Profesional especialista en Planeamiento y control de operaciones (1) Profesional especialista en diseño y medición del Trabajo (1) Profesional especialista en investigación de operaciones.
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(1) Profesional especialista en dimensionamiento y disposición de planta
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(1) Profesional especialista en gramática y literatura. (1) Especialista en procesador de textos.
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(3) Estudiantes de Ingeniería Industrial que estén cursando como mínimo octavo ciclo
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MATERIALES Ambiente para reuniones de trabajo del equipo investigador. Equipos de medición de tiempo. (1) Computadora personal en el ambiente y (1) laptop para los trabajos en campo. Material de oficina Material de Impresión
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15. PRESUPUESTO GASTOS
URP (S/.)
OTRA SUB TOTAL FUENTE (S/.) (S/.)
BIENES
Papel.
2 000.00
Material de escritorio.
1 000.00
Libros. Software Cronómetros
2 000.00
0.00
10 000.00 3000.00
SERVICIOS
Fotocopias, impresiones, planos, gráficos.
2 000.00
Movilidad
10 000.00
Pago por servicios profesionales y practicantes.
40 000.00
TOTAL (S/.)
70 000.00
0.00
0.00
70 000.00 29 29
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS OTROS (Ejemplo) ANEXO 1: CUESTIONARIOS A APLICAR ANEXO 2: MATRIZ DE CONSISTENCIA ANEXO 3: CURRICULUM VITAE DE LOS INVESTIGADORES
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Gracias Carlos Sebastiรกn Calvo
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