DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Fase #4 β IIND2103 β Principios de Optimización 2018-10 PROFESORES: Juliana Gómez, Camilo Gómez, Jorge Huertas, Oscar Guaje. ASISTENTES: Mariana Escallón, Cristian Cortés, Diego Cely, Nicolás Cabrera, Daniel Cifuentes, Carlos Quintero. Nombre Completo Moris Liefmann Juan David Medina Código Login 201631412 m.liefmann 201615608 jd.medina15 Sección Magistral 1 1 Sección Complementaria 3 16 Entrega por Sicua X Grupo 36 a) Resumen ejecutivo Santana S.A.S es una empresa dedicada a la venta de productos textiles, la cual actualmente está pasando por un proceso de expansión en el cual busca duplicar sus almacenes en Bogotá para el final del presente año. La empresa cuenta con un sistema de distribución basado en la experiencia, donde hay un único operario con un vehículo que distribuye los productos a los locales sin plena certeza sobre cómo ni cuándo se envían y se reciben los pedidos a los locales. Teniendo en cuenta esta problemática, se realizó un modelo de optimización lineal donde se generó certeza acerca del uso del vehículo, la ruta de distribución y los costos generados por la operación, teniendo en cuenta algunos limitantes como la capacidad de carga del vehículo, tiempo de operación del operario, costos de gasolina y parqueadero, distancia y tiempo de las rutas entre almacenes, (se aproximaron a intervalos de 15 minutos los tiempos de recorrido al tomar los datos de movilidad al medio día). Con base a esta información y bajo el supuesto de que la compañía siempre tiene inventario disponible para el pedido de los almacenes, el modelo genera una ruta donde se visitan todos los locales que realizan pedidos, buscando minimizar los costos totales de la operación. Se logra que los costos asociados a la ruta actual (métrica) disminuyan en un 58% con respecto a la ruta generada por el modelo, sin embargo, no se tienen en consideración costos de mantenimiento del vehículo. Además, se utiliza únicamente el 60% del presupuesto semanal para la operación, por lo tanto, se recomienda que la compañía siga las rutas de distribución según los resultados del modelo para cada semana dependiendo de la demanda de los almacenes, y de esta manera se utilice el ahorro en el presupuesto para su proceso de expansión. b) Introducción - Contexto del problema La compañía Santana S.A.S. tiene una bodega central ubicada en sus oficinas, donde dispone del inventario a distribuir a sus 10 puntos de venta en distintas zonas de la ciudad de Bogotá. Actualmente, la compañía cuenta con un solo vehículo que demora entre 2 y 3 días en entregar todos los pedidos, por esta razón, se genera un desperdicio de tiempo considerable, además el operario ocupa de manera incierta el vehículo de distribución, como resultado, esto ocasiona que existan ciertos inciertos para los almacenes, al respecto de qué día y en qué momento recibirán la mercancía ya que no hay una ruta Página 1 de 8 establecida. Hoy en día, se cuenta con un modelo que se basa en la experiencia y en la necesidad de cada día causando que no se tenga un plan específico para repartir la mercancía, sino está restringido al criterio del encargado al iniciar su día de trabajo. Debido a esto no existe una forma tangible de cuantificar los gastos esperados en un día y al no tener en cuenta los informes de tráfico, se opta por tomar vías basado en la experiencia, mas no en la realidad de las vías, esto genera un desperdicio de tiempo en trancones evitables, y en frecuentes ocasiones, no se cumple con el recorrido planeado para el día, dilatando estas entregas en varios días de la semana, incurriendo así, en altos costos y causando que en ocasiones se exceda el presupuesto mensual para esta tarea. - Justificación del problema Es importante resolver este problema dado que el procedimiento de transporte actual de la empresa produce costos innecesarios y genera incertidumbre en sus puntos de venta, para los cuales resulta valioso tener un control de en qué momentos llegará el pedido porque así estos puntos pueden preparar el personal y el tiempo necesario para recibir y organizar la mercancía que llega. Se espera generar un impacto que disminuya los costos de operación de transporte al establecer rutas semanales con la información que nos proporcione la empresa acerca de la cantidad de productos a entregar, con la finalidad de que la empresa tenga un orden en la entrega de sus productos, mejorando la productividad general de la empresa. Está dentro del interés de la compañía que cada almacén esté constantemente abastecido de la mercancía necesaria para cumplir con la demanda de los clientes. Logrando esto sin exceder su presupuesto de transporte y realizando las entregas en el menor tiempo posible. Si se excede el presupuesto de transporte se verían afectadas las ganancias de la compañía al incurrir en costos no anticipados. Además, no poder cumplir con la demanda de cada almacén significa posibles pérdidas de clientes potenciales que no encuentran las prendas que buscaban, afectando no solo el volumen de ventas de cada almacén si no también la reputación misma de la compañía. c) Definición del problema -Identificación del problema, Stakeholders y condiciones El problema por tratar específicamente es la ineficiencia del sistema en la repartición de mercancía, dado que actualmente se cuenta con solo un vehículo de transporte sin rutas preestablecidas. El objetivo al atacar este problema es establecer rutas que optimicen la operación de transporte, minimizando los costos de esta operación. Para lograr el objetivo se deberán tomar diferentes decisiones, entre ellas están, el día y la hora de la semana que llegara el vehículo de transporte a cierto local en el grupo de los locales de la empresa, como también la cantidad de mercancía que este le suministra al local. También es importante definir qué ruta debe tomar el vehículo en las vías de la ciudad de Bogotá, se pretende estudiar las diferentes combinaciones posibles rutas entre los 10 locales de la empresa, los cuales están ubicados en 6 distintas localidades del norte de Bogotá, para que sean ingresadas como parámetros, el modelo seleccionará las mejores rutas para la semana. Por último, se deben tener en cuenta ciertas condiciones, razón por la cual, para continuar con nuestro análisis, se identificaron los principales Stakeholders, los cuales cuentan con ciertas restricciones que debemos tener en consideración, entre ellos están los almacenes, el conductor de la ruta, y la empresa. Página 2 de 8 Para la empresa debemos tener en cuenta que el costo de operación está restringido a un presupuesto limitado de un millón de pesos mensual. Además, el problema está sujeto a cumplir la demanda de cada local semanal con los productos disponibles en inventario. En cuanto a los almacenes, cada semana estos realizan un pedido sobre la mercancía que esperan recibir, este pedido tiene un peso que limita lo que el vehículo puede transportar por día. Finalmente, con respecto al conductor del vehículo, este siempre comienza su recorrido en la bodega principal y vuelve para terminar su jornada en la misma. El vehículo debe estar estacionado en un parqueadero mientras entrega la mercancía al local (el tiempo de entrega no suele superar los 20 minutos en condiciones normales), en algunos de los locales de destino se cuenta con convenios con los parqueaderos (sin costo), mientras que, en otros, es necesario pagar la tarifa del parqueadero. Se cuenta con un solo vehículo de placas públicas que puede operar todos los días de la semana a excepción de los domingos. Todos de días que se utilice el vehículo se debe pagar el valor del salario mínimo diario al operario del vehículo, y los sábados que se debe pagar un costo extra al operario. Cada día un operario puede trabajar máximo 8 horas diarias, incluyendo una hora de almuerzo para el mismo. -Situación actual Para poder medir cómo la solución mejora el sistema actual se tomará de manera cuantificada el mes de operaciones inmediatamente anterior a implementar la solución, y se comparará con el mes siguiente con la solución implementada, y así contar con información cuantitativa tangible y comparable. Una métrica útil es el costo de transporte mensual (es indispensable tener en cuenta para esta comparación hay gastos fijos que surgen independientemente de la eficiencia del proceso como el cambio de aceite o el cambio de frenos). d) Descripción de la información Algunos datos que nos proporcionó la empresa del vehículo son los siguientes: Genera un consumo de gasolina de aproximadamente 50 kilómetros por galón y cuenta con un tanque de 11.8 galones. El vehículo debe pasar por un cambio de aceite cada 5.000 kilómetros con un costo de 120.000 pesos y cada 7.000 kilómetros un cambio de pastillas de frenos con un valor de 100.000 pesos, estos gastos afectarán al presupuesto de la empresa. Tiene una capacidad máxima de carga total de 510 kilogramos donde se tiene que tener en cuenta el operario del transporte y la carga en sí. La empresa nos proporcionó la información sobre la ubicación (para saber los tiempos y distancias entre almacenes) y la demanda de cada almacén (con la que obtuvimos un promedio para una semana). Otra fuente de información utilizada fueron las rutas que tomaban menos tiempo y distancia según los informes de movilidad de la plataforma Waze©, utilizando una sola ruta que permita que se cumplan con las condiciones propuestas en la semana para desarrollar la situación que planeamos, de la plataforma Waze© se obtuvieron las distancias, y los tiempos se tomaron aproximando a intervalos de 15 minutos considerando el tráfico en hora pico, es decir, al medio día. Una fuente de información crucial fue la de acompañar, cronometrar y ver las distintas rutas tomadas en el recorrido para tener una idea de cómo se está realizando y cómo se podría mejorar. La tercera fuente fueron las entrevistas tanto al gerente como a la persona encargada de hacer el recorrido para saber las limitaciones que ellos perciben y sus ideas para poder mejorarlo y poder lograr optimizarlo. Página 3 de 8 e) Formulación matemática del modelo Conjuntos • π΄: Conjunto de los almacenes. • π·: Conjunto de los días de la semana. • π: Conjunto del orden de la ruta. Parámetros • Nos permite establecer los horarios que tendrá que seguir el operario del vehículo. Se obtuvo los datos con la ayuda de la aplicación Waze©. βπ,π : Tiempo que demora el vehículo de ir desde el almacen π ∈ π΄, hasta el almacen π ∈ π΄ en minutos. • Es útil para calcular costos por movilidad. Se obtuvo los datos de la aplicación Waze©. π’π,π : Distancia en kilómetros desde el almacen π ∈ π΄, hasta el almacen π ∈ π΄. • Nos dice lo que en promedio demanda cada almacén a la semana. Se obtuvo en contacto directo con la empresa. Se realizó el cálculo con un promedio. π€π : Cantidad de producto demandada por el almacén π ∈ π΄ en kilogramos. • Nos dice lo que en promedio demanda cada almacén a la semana. Se obtuvo en contacto directo con la empresa. Se realizó el cálculo con un promedio. ππ : Costo del parqueadero del almacén π ∈ π΄ en pesos colombianos. • Es útil para calcular costos por movilidad. Se calculó como el producto entre el consumo del vehículo (1 galón/50 kilómetros) y el precio de la gasolina (9100 pesos por galón). Los datos se obtuvieron en las especificaciones del vehículo y en el reporte de gasolina de Portafolio. π: Costo por kilómetro recorrido en pesos colombianos. • Limita el costo de la operación, el presupuesto es para una semana y le han sido quitados costos de mantenimientos. Se obtuvo en contacto directo con la empresa. π: Presupuesto semanal para la operación de transporte en pesos colombianos. • Nos indica un costo por operar el vehículo por día, corresponde al salario que se le paga operario por su día de trabajo. Se obtuvo en contacto directo con la empresa. π : Salario del operario por día de trabajo en pesos colombianos. • Afecta el presupuesto. Se obtuvo en contacto directo con la empresa. π£: Costo adicional por operar el día sábado en pesos colombianos. • Limita la capacidad de producto que el vehículo puede transportar por día. Se obtuvo esta información en las especificaciones del vehículo. π: Capacidad en kilogramos que puede llevar el vehículo sin el conductor. • Limita el tiempo que tiene el operario al día. Se obtuvo en contacto directo con la empresa. π: Tiempo promedio que demora el operario en entregar un pedido en minutos. • Limita el tiempo que tiene el operario al día. Se obtuvo en contacto directo con la empresa. π‘: Tiempo de operación sin la hora de almuerzo. Variables de decisión Página 4 de 8 • • • Esta variable será útil para definir el horario del operario π π ππ ππππππππ π£π πππ πππππππ π ∈ π΄, ππ πππππππ π ∈ π΄ 1, π₯π,π,π,π = { ππ πíπ π ∈ π· ππ ππ πππππ π ∈ π. 0, π. π. π. Esta variable será útil para calcular los costos de producción. 1, π π ππ ππππππππ π‘ππππππ ππ πíπ π ∈ π·. ππ = { 0, π. π. π. Esta variable será utilizada para definir los costos de la operación π§: Costo total de la operación de transporte. Función objetivo El objetivo que se busca es minimizar los costos de operación por semana de la operación de transporte. min π§ Restricciones • El operario solo puede partir para una dirección. ∑ π₯π,π,π,π ≤ 1 • • ∀ π ∈ π΄, π ∈ π·, π ∈ π π∈π΄ No se puede partir hacia el mismo lugar. π₯π,π,π,π = 0 ∀ π ∈ π΄, π ∈ π΄, π ∈ π·, π ∈ π | π = π No se debe entregar producto en la semana al almacén si éste no demanda nada. ∑ ∑ ∑ π₯π,π,π,π = 0 ∀ π ∈ π΄ | π€π = 0 ∧ π ≠ Bodega central π∈π· π∈π΄ π∈π ∑ ∑ ∑ π₯π,π,π,π = 0 ∀ π ∈ π΄ | π€π = 0 ∧ π ≠ Bodega central π∈π· π∈π΄ π∈π • Debe entregar producto en la semana al almacén si éste demanda algo. ∑ ∑ ∑ π₯π,π,π,π = 1 ∀ π ∈ π΄ | π€π > 0 ∧ π ≠ Bodega central π∈π· π∈π΄ π∈π ∑ ∑ ∑ π₯π,π,π,π = 1 ∀ π ∈ π΄ | π€π > 0 ∧ π ≠ Bodega central π∈π· π∈π΄ π∈π • El operario parte cada día que opere desde la bodega central. π₯π,π,π,1 = 0 ∀ π ∈ π΄, π ∈ π΄, π ∈ π· | π ≠ Bodega central ∑ π₯Bodega central,π,π,1 = ππ • ∀π ∈π· π∈π΄ El operario vuelve cada día que opere a la bodega central. ∑ ∑ π₯π,Bodega central,π,π = ππ ∀π ∈π· π∈π΄ π∈π π₯π,Bodega central,π,π ≤ 1 − ∑ ∑ π₯π,π,π,π¦ ∀ π ∈ π΄, π ∈ π·, π ∈ π, π¦ ∈ π | π < π¦ π∈π΄ π∈π΄ • Ningún día se excederá la capacidad del vehículo. Página 5 de 8 ∑ ∑ ∑(π₯π,π,π,π ∗ π€π ) ≤ π ∀π ∈π· π∈π΄ π∈π΄ π∈π • No exceder las horas de trabajo si se trabaja ese día (el término “+π” entre las sumatorias es por la media hora que se demora entregando el pedido, y el “+π” es porque cuando se devuelve a bodega no entrega pedido). ∑ ∑ ∑ (π₯π,π,π,π ∗ (βπ,π + π)) ≤ (π‘ + π) ∗ ππ ∀π ∈π· π∈π΄ π∈π΄ π∈π • Si el operario parte de un almacén, en algún momento debe ir hacia otro, a excepción si se devuelve a la bodega central. π₯π,π,π,π ≤ ∑ π₯π,π,π,π+1 • ∀ π ∈ π΄, π ∈ π΅, π ∈ π·, π ∈ π | π ≠ bodega central ∧ π > 1 π∈π΄ No exceder el presupuesto de operación, el cual está sujeto a lo que se le debe pagar al operario por día de trabajo, al costo de la gasolina por los kilómetros recorridos, el parqueadero y un cargo adicional si se opera el sábado. π§ = ∑(ππ ∗ π ) + ∑ ∑ ∑ ∑ (π₯π,π,π,π ∗ (π’π,π ∗ π + ππ )) + (π6 ∗ π£) π∈π· π∈π΄ π∈π΄ π∈π· π∈π π§≤π • Naturaleza de las variables π₯π,π,π,π ∈ {0,1} ∀ π ∈ π΄, π ∈ π΄, π ∈ π·, π ∈ π ππ ∈ {0,1} ∀ π ∈ π· π§≥0 Los supuestos que estamos teniendo en cuenta y que nos limita el alcance verdadero con la realidad son que estamos midiendo los desplazamientos en intervalos de 15 minutos para no poner cifras ajustadas que pueden variar en gran medida por el tráfico de Bogotá, además tomamos como tiempos de ir de un almacén a otro sin importar la hora del día, ni el día, para facilitar el modelo. Por otra parte, se están tomando promedios de demanda por almacén, sin embargo, eso podría variar semana a semana, porque la idea es que la empresa pueda cambiar este parámetro semana a semana para obtener una ruta óptima semanal según la cantidad de pedido que los locales demanden. Entre otros supuestos que tiene el modelo es que todos los almacenes que demanden una cantidad de productos serán visitados una única vez en la semana por el conductor, y se les entregará exactamente la cantidad de pedido que haya sido demandada en esa única visita. Por otra parte, si se excede el presupuesto de operación el modelo será infactible. f) Presentación y análisis de resultados Al realizar nuestro modelo obtuvimos una lista del orden que debería seguir el operario para el día de la semana en que él opere, donde todos los días parte y termina en la Bodega central. El costo total de la operación fue de 99.609 pesos colombianos, y la lista de la ruta que debe seguir el operador de transporte es la siguiente: Página 6 de 8 Día Martes Martes Martes Martes Martes Miércoles Miércoles Miércoles Miércoles Miércoles Miércoles Miércoles Desde el almacén Bodega central Chapinero Carrera 13 C.C. Galerías C.C. Salitre Plaza C.C. Metrópolis Bodega central C.C. Avenida Chile Calle 122 C.C. Unicentro C.C. Santafé C.C. Cedritos C.C. Bulevar Niza Hasta el almacén Chapinero Carrera 13 C.C. Galerías C.C. Salitre Plaza C.C. Metrópolis Bodega central C.C. Avenida Chile Calle 122 C.C. Unicentro C.C. Santafé C.C. Cedritos C.C. Bulevar Niza Bodega central Tabla 1. Resultados para la ruta del operario. . Se puede ver que el operario está más atareado el miércoles que el martes, pero la ruta optimiza el consumo de gasolina y atiende a todos los almacenes que le demandan producto sin exceder el peso límite, ni el número máximo de horas. Por otra parte, la métrica que corresponde al costo total de la operación, el cual era en promedio de 242.500 pesos a la semana, es decir 970.000 pesos al mes se ve disminuida en un 58% al compararla con el costo total de la operación obtenido con el modelo, esta gran diferencia se debe a que no se tiene en cuenta los gastos de mantenimiento del vehículo (revisión tecno-mecánica, cambio de aceite, lavado general), porque estos gastos no son semanales. El archivo de Xpress se encuentra como “Proyecto.mos” y el archivo de parámetros se encuentra como “parametros.txt”. -Análisis de sensibilidad Al realizar un análisis de sensibilidad, encontramos que, para las restricciones de no exceder las horas de trabajo para cada día, el valor de la variable dual para el día martes y miércoles es de 0, y la holgura es de 225 minutos para el día martes y 105 minutos para el día miércoles, lo que implica que para ambos días no se está ocupando la totalidad del tiempo laboral disponible, sin embargo, una unidad adicional de tiempo no mejoraría la función objetivo. Por otra parte, con respecto a las restricciones que modelan el no exceder la capacidad de carga del vehículo para cada día, nuevamente encontramos que las variables duales asociadas tanto al martes como al miércoles toman el valor de cero, y las holguras asociadas son de 294 Kg el martes y 135 kg el miércoles, lo que nos indica que nunca se está sobre cargando al vehículo y que siempre hay un especio extra si se requiriera enviar más mercancía. Además, el que haya espacio disponible es relevante porque al tener en cuenta únicamente el peso de la mercancía se está ignorando el volumen que esta puede ocupar, de modo que estas holguras nos permiten tener cierto grado de libertad con respecto al espacio volumétrico del vehículo de transporte. g) Conclusiones Página 7 de 8 Se logro generar una ruta de distribución tentativa que en teoría disminuye los costos de distribución en un 58% al no incluir costos de mantenimiento del vehículo, aunque esta ruta puede cambiar según la demanda. Ahora bien, es relevante entender que esta solución aquí presentada tiene ciertas limitaciones con la realidad, debido a ciertos supuestos que se realizaron en el modelo. Algunos de estos supuestos fue el suponer que la empresa siempre tiene la disponibilidad para enviar la mercancía solicitada por los almacenes, lo que puede no ser cierto. Otro supuesto que realizamos fue el de aproximar los intervalos de tiempo de los desplazamientos entre locales a 15 minutos y descontar el cambio del tráfico en las distintas horas del día para los diferentes días de la semana en las diferentes zonas de Bogotá, que como bien es conocido es demasiado volátil y difícil de predecir para un modelo que busca planear una ruta. El modelo también supone un estricto itinerario para el operario del vehículo tanto en desplazamientos como en tiempos de entrega, lo cual puede variar según las necesidades específicas de un local y el pedido realizado por el mismo. Un supuesto y limitante que utiliza el modelo y puede ser relevante en el contexto real es que la demanda de productos es realizada en kilogramos, mientras que sería útil conocer el volumen de la carga para la capacidad del vehículo. Por otra parte, se puede analizar un hecho muy interesante de la solución del modelo, este hecho es que en la solución se optó por juntar los locales más cercanos en distancia en dos días diferentes, el martes los locales más hacia el centro de la ciudad y el miércoles los locales hacia el norte de Bogotá, lo que permitiría pensar que más allá del tiempo de desplazamiento el modelo se concentra más en las distancias entre locales para diseñar la ruta. Entre las implicaciones éticas que podría tener nuestro modelo es el hecho de que, en cierto caso por las demandas de los locales, podría haber un día con una carga excesiva de trabajo para el operario que, a pesar de ser factible, podría afectar el bienestar del operador. Más allá de las limitaciones ya enunciadas con las que cuenta el modelo, sería aconsejable para la empresa utilizar esta herramienta de planeación para la distribución de su mercancía en los distintos locales sabiendo que buscan expandir sus operaciones y así poder tener una planeación puntual de costos en el corto plazo para controlar los costos producidos en esta operación de distribución semana a semana. Además, las posibilidades del proyecto podrían ser mejorar algunos de los supuestos expuestos anteriormente y buscar generar no solo un plan de distribución optimo que tenga en cuenta las distancias, si no también la disponibilidad de productos de la compañía, de esta forma se podría ampliar el plan de distribución más allá de una semana, suponiendo claro está que se cuente siempre con un esperado de la demanda de los locales. h) Referencias Autocosmos.com. (2018). Ficha técnica del Chery Van Cargo 1.3L 2017. Recuperado 12 March 2018, a partir de https://www.autocosmos.com.co/catalogo/2017/chery/van-cargo/13l/161923 Portafolio (2018). En Bogotá el precio de la gasolina bajará $3 y el del ACPM subirá $39 en marzo. Recuperado de http://www.portafolio.co/economia/precio-de-la-gasolina-y-del-acpm-paramarzo-de-2018-514706 Santana S.A.S. (2018). Contacto directo con la empresa Santana S.A.S. Página 8 de 8