Doctorado en Ingeniería Industrial ………….....................................................…………14 Ph. D in Industrial Engineering

DOCTORADO EN INGENIERÍA INDUSTRIAL

PH. D. IN INDUSTRIAL ENGINEERING

Modelación y Análisis de Sistemas de Producción Esbeltos………..……….…………………………………16 Modeling and Analysis of Lean Systems in Agricultural Production…………....………........……………….18

Modelación y Análisis de Sistemas de Producción Esbeltos

Autor: Nestor Enrique Caicedo Solano Tutores: Guisselle Adriana García Llinás – Jairo Rafael Montoya-Torres

Dada la necesidad de mejorar las condiciones de producción agrícola a partir de una herramienta científica y una filosofía de gestión de mejora continua de los sistemas productivos, esta tesis propone un modelo matemático para minimizar los costos asociados a los residuos generados en el proceso productivo agrícola. Esto se hace mediante la construcción de una metodología de modelado y análisis para un sistema de producción agrícola ajustada. Así, el enfoque de solución busca integrar los recursos fundamentales de la producción agrícola y los residuos derivados de la actividad. En esta metodología, la Investigación de operaciones y la Optimización permiten la construcción de modelos que minimizan los siete tipos de residuos de producción agrícola identificados a partir de la implementación de los Principios Lean (sobreproducción, espera, transporte, retrabajo, inventarios, movimientos, no conformidades o defectos). El objetivo fue construir un modelo matemático para minimizar los residuos generados por la producción agrícola con el apoyo de los principios de la manufactura esbelta como filosofía de gestión de mejora en la producción. De acuerdo con el contexto actual de la producción agrícola mundial y la necesidad de resolver el problema de la reducción de residuos, la pregunta de investigación de esta tesis doctoral se formuló de la siguiente manera: ¿En qué medida la modelación y análisis del sistema productivo agrícola a partir de los principios de la manufactura esbelta permiten decisiones sobre la optimización de residuos? Para responder a la pregunta de investigación, es necesario precisar que el problema de interés incluye la elaboración y posterior entrega de una metodología que apoye la toma de decisiones sobre la planificación de la producción agrícola, con el fin de optimizar el consumo de recursos. Esta metodología se contextualiza en el marco de la manufactura esbelta, que considera siete tipos de residuos de los sistemas de producción industrial en los sectores manufactureros tradicionales. En este caso, la metodología de solución se propone para el tomador de decisiones que debe planificar la producción agrícola en un horizonte temporal determinado, teniendo en cuenta que un

sistema de producción agrícola toma tiempo para obtener los productos derivados de la cosecha.

Esta metodología considera los residuos de producción que vincula todos los aspectos clave de los residuos desde las decisiones operativas hasta las tácticas, expresadas en volúmenes de consumo de recursos, no solo de insumos para la siembra y mantenimiento de cultivos, sino también para la cosecha en condiciones de calidad. En este sentido, el trabajo se ocupa únicamente del eslabón productivo, comenzando por la siembra y manteniendo el cultivo para terminar en la cosecha.

Con esta perspectiva, esta metodología sería considerada como una opción para la planificación de la producción, a través de un modelo estático que se ocuparía de resolver un problema para un conjunto de condiciones fijas y elementos operativos inmersos en la toma de decisiones de los sistemas agrícolas, dado que las decisiones tomadas en cada etapa puede afectar la siguiente etapa. Para este modelo, las decisiones son el producto de un análisis integrado del problema, que no ha sido abordado en la literatura revisada. En esta tesis presentamos la metodología para desarrollar el modelo conceptual de la metodología de análisis y modelado de sistemas lean en la producción agrícola, así como el modelo matemático propuesto. Este modelo se evalúa mediante un estudio de caso. También se realiza un análisis de sensibilidad aplicando la Metodología de respuesta de superficie. El modelo contiene funciones no lineales para determinar las mejores políticas de siembra, mantenimiento de cultivos y cosecha durante un corto período de tiempo, convirtiéndose en una gran herramienta para la toma de decisiones en entornos reales de planificación operativa y táctica. En efecto, la metodología de análisis y modelización propuesta ha sido un aporte novedoso a la planificación de la producción agrícola, cubriendo los vacíos evidenciados en la revisión de la literatura y los objetivos de esta investigación, especialmente en la reducción de residuos y costos de producción. Con esta reducción se logra un enfoque de producción agrícola sustentable, ya que se busca optimizar el uso de suelo y agua sin generar riesgos en los rendimientos y calidad de los frutos. Esta metodología de modelado y análisis sirvió como primer enfoque para futuros desarrollos en esta área. En investigaciones futuras, el modelo también puede extenderse a operaciones de poscosecha o transporte y distribución, en el contexto de cadenas agrícolas de suministro esbeltas.

Modeling and Analysis of Lean Systems in Agricultural Production

Author: Nestor Enrique Caicedo Solano Tutors: Guisselle Adriana García Llinás – Jairo Rafael Montoya-Torres

Given the need to improve agricultural production conditions based on a scientific tool and a management philosophy of continuous improvement of production systems, this thesis proposes a mathematical model to minimize the costs associated to wastes generated in the agricultural production process. This is done through the construction of a modeling and analysis methodology for a lean agricultural production system. Thus, the solution approach seeks to integrate the fundamental resources of agricultural production and the waste derived from the activity. In this methodology, Operations Research and Optimization will allow the construction of models that would minimize the seven types of waste from agricultural production identified from the implementation of Lean Principles (overproduction, waiting, transportation, rework, inventories, movements, non-conformities or defects), staging possible solutions to the problem. The aim was then to build a model to minimize wastes generated by agricultural production with the support of the principles of lean manufacturing as a management philosophy of improvement in production. In accordance with the current context of world agricultural production and the need to solve the problem of waste reduction, the research question for this doctoral thesis is formulated as follows: ¿To what extent does the modeling and analysis of the agricultural production system basedon the principles of lean manufacturing allow decisions on the optimization of waste? To answer the research question, it is necessary to specify that the problem of interest includes the preparation and subsequent delivery of a methodology that supports decision-making on the planning of agricultural production, in order to optimize the consumption of resources. This methodology is contextualized within the framework of lean manufacturing, which considers seven types of waste from industrial production systems in traditional manufacturing sectors. In this case, the solution methodology is proposed for the decision maker who must plan agricultural production in a determined time horizon, bearing in mind that an agricultural production system takes time to obtain the products derived from the harvest.

This methodology considers production waste that links all the key aspects of waste from operational decisions to tactics, expressed in volumes of resource consumption, not only of inputs for planting and maintenance of crops, but also for harvesting crops in quality conditions. In this sense, the work deals only with the production link, starting at planting and maintaining the crop to finish at harvest. With this perspective, this methodology would be considered as an option for production planning, through a static model that would deal with solving a problem for a set of fixed conditions and operational elements immersed in the decision-making of agricultural systems, because decisions made at each stage can affect the following in its cost and wastes. For this model, decisions are the product of an integrated problem analysis, which has not been addressed in the reviewed literature. Our general objective propose a methodology to model and analyze agricultural production systems coupling Operations Research techniques and the seven principles of Lean Manufacturing, in order to design a solution method that will be able to take into consideration uncertainties of agricultural production factors. In this thesis we introduce the methodology for developing the conceptual model of the methodology for analyzing and modeling of lean systems in agricultural production, as well as the mathematical model proposed. This model is evaluated using a case study. A sensitivity analysis is also performed by applying Surface Response Methodology. As pointed out through this dissertation, the designed and validated model is the first in its kind addressing the planning problem of agricultural production systems in the three stages integrated with the minimization of wastes, which are identified based on the application of lean manufacturing principles. The model contained nonlinear functions to determine the best sowing, crop maintaining and harvesting policies, becoming a great tool for decision-making in real operational and tactical planning settings. Indeed, the proposed methodology for analysis and modeling has been a novel contribution to the planning of agricultural production, covering the gaps evidenced in the literature review and the objectives of this research, especially in reducing waste and production costs. With this reduction, a sustainable agricultural production approach is achieved, since it seeks to optimize the use of soil and water without generating risks in the yields and quality of fruits. This methodology of modeling and analysis served as the first approach for further developments in this area. In future researches, the model can also be extended to post-harvest or transport and distributions operations, in the context of lean supply agri-chains.