Estudio de factibilidad para la adquisición de un torno adicional

Resumen

El objetivo de esta investigación es evaluar la factibilidad de adquirir un torno adicional en la cuadrilla máquinas herramientas. El estudio es aplicado por cuanto sus resultados podrán utilizarse para la mejora de las actividades del Taller Central, explicativo debido a que se buscó comprobar las ventajas y desventajas que traería la utilización de dos tornos a través del conocimiento de las causas que originan el problema, y además es experimental pues presenta objetivos que requieren la comprobación de las relaciones causa efecto entre variables por medio del tratamiento y comparación de pruebas con la situación actual. El resultado de esta investigación consistió en la propuesta de factibilidad de adquisición de un torno adicional por medio del diseño y experimentación de un modelo de simulación de las operaciones de torneado manipulando las variables número de servidores y probabilidad de ocurrencia de las solicitudes de trabajo observando los efectos sobre la utilización de la maquinaria, efectividad y eficiencia de entrega. Para la recaudación de datos se consultaron normas y procedimientos de la emisión de solicitudes de mantenimiento, se realizaron entrevistas no estructuradas a los operadores de máquinas herramientas, supervisor, superintendente y programadores del Taller Central, así como la toma de una muestra no probabilística de los reportes de las actividades de torneado realizadas durante los meses Enero, Febrero y Marzo de 2005.

Palabras claves: Estudio de Factibilidad, Simulación, Investigación de Operaciones, teoría de Colas, C.V.G. CARBONORCA.

Introducción

El Torno ha sido desde siempre una máquina herramienta de vital importancia en las actividades de mantenimiento de las industrias. Ya sea mantenimiento preventivo, correctivo, o de emergencia, la actividad de torneado siempre es necesaria para fabricar y/o reparar piezas que son vitales para garantizar las condiciones operativas de los equipos productivos de las empresas.

C.V.G. Carbones del Orinoco es una empresa venezolana con calidad certificada con más de dieciocho (18) años de operación creada con el objeto de abastecer a la Industria del Aluminio en la fabricación de ánodos verdes y ánodos cocidos de carbón necesarios para la producción de aluminio primario. Para garantizar la mayor disponibilidad de equipos y cumplir con la producción, la empresa cuenta con un sistema completo de Planificación y Control de Mantenimiento de todas las áreas los cuales son gestionados desde el Taller Central. En esta área se reparan, reconstruyen y/o elaboran las piezas necesarias para el mantenimiento de los equipos más productivos de la empresa.

El presente estudio presenta una Evaluación de Factibilidad respecto a la adquisición de un Torno adicional para la sección máquinas herramientas del Taller Central de C.V.G. CARBONORCA.

La relevancia de este estudio radica en que será un instrumento útil para la toma de decisiones con respecto al plan de acción más factible, de acuerdo con las necesidades del Taller Central. Además, este estudio es de vital importancia ya que permitió presentar una propuesta que mejore la eficacia del mismo, contribuyendo de esta manera al cumplimiento de la Gestión de Mantenimiento.

La investigación surge por la necesidad de asegurar la mayor eficacia de las actividades de torneado, ya que la demanda de trabajo requiere en ocasiones horas torno en jornadas extraordinarias. Este trabajo de investigación representa la primera evaluación de factibilidad para la adquisición de un torno adicional en la cuadrilla de máquinas herramientas del Taller Central, por lo que a su vez supone el primer esfuerzo por presentar un plan de acción adecuado para dar solución a la situación.

A través de este estudio se desarrolló una investigación por muestra con diseño experimental orientado a determinar la factibilidad de operar con un torno adicional la cuadrilla máquinas herramientas eficazmente en concordancia con la demanda presentada y con los tiempos de maquinado.

El procedimiento empleado para desarrollar la investigación consistió en la selección y análisis de información suministrada por la Superintendencias Talleres y Servicios y Planificación y Programación de Mantenimiento, las cuales pertenecen a la Gerencia de Mantenimiento, y la recolectada a través entrevistas de tipo no estructuradas realizadas a los operadores de máquinas herramientas, supervisores inmediatos y los programadores de mantenimiento.

Mediante este trabajo se logró determinar la factibilidad de operar con un torno adicional y mejorar la eficacia de las actividades de torneado en el Taller Central de C.V.G. CARBONORCA haciendo énfasis en varios puntos: a) Diagnóstico del desempeño de la situación actual. b) Análisis de las operaciones con un torno adicional por medio de simulación en el software ARENA 7.0. d) Simulación de las operaciones con un torno y aumento de las solicitudes de mantenimiento preventivo. e) Propuesta de factibilidad de adquisición de un torno adicional y recomendaciones de mejora.

El estudio presenta los siguientes capítulos:

El Capítulo I, especifica el problema, objetivo general y específicos de la investigación. El Capítulo II, presenta las Generalidades de la empresa, en específico del Taller Central donde se realizó el estudio. El Capítulo III, describe el Marco Teórico, donde se presentan las bases teóricas necesarias para el planteamiento de las hipótesis y variables que fueron objeto de estudio. El Capítulo IV, correspondiente al Marco Metodológico, se presenta la estrategia metodológica utilizada comprendida por el propósito, el nivel de profundidad, la población y muestra, instrumentos de recolección y procedimiento general. El Capítulo V, concierne al diagnóstico de la situación actual del procedimiento Planificación y Ejecución de Mantenimiento en el Torno del Taller, y la experimentación de las operaciones con dos tornos y con aumento de las solicitudes de mantenimiento preventivo utilizando uno solo. El Capítulo VI, corresponde a la propuesta de factibilidad de operar con un torno adicional las actividades de torneado y algunas recomendaciones.

Por último se presentan las conclusiones, recomendaciones, referencias bibliográficas, anexos y apéndices correspondientes.

CAPÍTULO I

El problema

CVG Carbones del Orinoco, una empresa venezolana con calidad certificada, nace en 1987 en Ciudad Guayana mediante un acuerdo firmado entre la Corporación Venezolana de Guayana (CVG), Venezolana del Aluminio (VENALUM), y Aluminios del Caroní (ALCASA) para crear un soporte de abastecimiento en la fabricación de ánodos verdes y ánodos cocidos de carbón necesarios para la producción de aluminio primario.

CARBONORCA cuenta con un Taller Central como apoyo de gestión de mantenimiento. Entre sus funciones está la reparación reconstrucción y/o elaboración de piezas para los equipos más productivos de la empresa con la máxima oportunidad de respuesta y a un costo mínimo. También se coordina junto con Almacén el nivel de existencia de las piezas fabricadas a fin de garantizar su disponibilidad oportuna.

La política de mantenimiento de CVG CARBONORCA se ha fortalecido los últimos años debido al aumento de la capacidad de producción necesaria para cumplir con los requerimientos de los clientes. Esto se ha reflejado en la certificación de calidad ISO 9000:2000 otorgada en el año 2004. Esta realidad implica un aumento de la capacidad instalada y por lo tanto de los programas de mantenimiento, razón por la cual la disponibilidad de horas torno en el Taller Central no corresponden con las necesidades de mantenimiento actuales. Esta consecuencia ha sido evidenciada por tiempos de respuesta prolongados debido al volumen de trabajo en espera, generándose jornadas extraordinarias de operación (horas hombre contratadas durante el turno 3 p.m. a 11 p.m. y sobre tiempos durante los fines de semana) constantemente como solución de la situación, y delegando en última instancia trabajos a talleres foráneos.

Este hecho dificulta la planificación de mantenimiento del taller y por lo tanto de los usuarios directos del mismo dado a la falta de horas torno. Ante esta situación se ha originado el presente estudio como medio para solucionar el siguiente planteamiento problemático: ¿Cómo influye la utilización de dos tornos en la efectividad de entrega de los trabajos y utilización de la maquinaria, a objeto de determinar la factibilidad de operar con un torno adicional y reducir a un mínimo las operaciones de torneado en jornadas extraordinarias (turno 3 p.m. a 11 p.m. y sobre tiempos de fines de semana) y la delegación de trabajos a talleres foráneos, aumentando la eficacia del sistema?

La investigación desarrollada es por muestra con diseño experimental de tipo aplicado llevada a cabo en el Taller Central de CVG CARBONORCA, tomando en cuenta sólo las operaciones referentes a la actividad de torneado.

Este estudio permitió conocer, a través de una simulación en el software ARENA 7.0, el comportamiento del sistema de acuerdo a las condiciones de la demanda y de los tiempos de maquinados dados. Esto a su vez permitió determinar la necesidad técnica de un torno adicional para reducir las entregas atrasadas y aumentar la utilización de la maquinaria.

La información concerniente a la demanda se llevó a cabo a través del análisis de datos históricos registrados en la Superintendencia Planificación y Programación de Mantenimiento y conformados por las solicitudes de trabajo cerradas a diario, y por medio de entrevistas de tipo no estructuradas al personal involucrado con la planificación y ejecución de los trabajos de torneado. Para ello, se analizaron los reportes de los primeros tres (3) meses del año 2005, debido a las dificultades de disponibilidad de la información. Este tipo de trabajo se encuentra junto con los demás realizados en el taller, por lo que debió filtrarse la información para obtener los datos necesarios.

La relevancia de este estudio radica en que será un instrumento útil para la toma de decisiones con respecto a operar con dos tornos la cuadrilla máquinas herramientas, de acuerdo a las necesidades del Taller Central. Además, este estudio es de vital importancia ya que permitió presentar una propuesta que mejore la eficacia del mismo, contribuyendo de esta manera al cumplimiento de la Gestión de Mantenimiento.

1.1.- Objetivos

Con este estudio se buscó lograr los siguientes objetivos:

1.1.1.- Objetivo General

Evaluar la factibilidad de adquirir un Torno adicional en la cuadrilla máquinas herramientas del Taller Central de C.V.G. CARBONORCA por medio de la simulación de un modelo basado en la teoría de líneas de espera, con miras a mejorar la utilización de la maquinaria y la reducción de entregas atrasadas de las solicitudes de trabajo de torneado en el Taller Central.

1.1.2.- Objetivos Específicos

• 1. Seleccionar las solicitudes de trabajos que hayan requerido torneado durante los meses, Enero, Febrero, y Marzo de 2005

• 2. Identificar y definir el procedimiento Planificación y Ejecución de Mantenimiento referentes a la actividad de torneado y los recursos empleados.

• 3. Elaborar el diagrama de flujo del procedimiento Planificación y Ejecución de mantenimiento referente a las operaciones de torneado.

• 4. Analizar el comportamiento de la demanda histórica para detectar tendencias y ciclos.

• 5. Diseñar un modelo de las operaciones de torneado basado en la teoría de líneas de espera de acuerdo a las características del sistema observado.

• 6. Recolectar datos estadísticos y de tiempo necesarios para la experimentación del modelo.

• 7. Simular el modelo por medio del software ARENA 7.0 durante las corridas necesarias para lograr la exactitud deseada en los resultados.

• 8. Verificación del modelo detectando posibles errores cometidos durante la implementación del mismo en la computadora

• 9. Simular el modelo con dos tornos y analizar los resultados obtenidos.

• 10. Simular el modelo aumentando la cantidad de solicitudes de mantenimiento preventivo operando con un solo torno.

• 11. Comparar opciones y presentar propuesta de factibilidad de operar con un torno adicional y recomendaciones al respecto.

CAPÍTULO II

Generalidades de la empresa

2.1.- Antecedentes

C.V.G. CARBONORCA inició sus operaciones el 6 de noviembre de 1987. Se creó para el desarrollo integral del sector aluminio, siendo un soporte ánodos verdes y ánodos cocidos para la producción de aluminio primario en CVG ALCASA y CVG VENALUM. Hoy en día cuenta con una capacidad instalada para la producción de ánodos verdes de 140 mil toneladas al año, y de ánodos cocidos de 194 mil 800 toneladas al año. Entre los accionistas de la empresa se encuentra la Corporación Venezolana de Guayana (C.V.G.) con el uno (1) por ciento, CVG BAUXILUM con el cincuenta y seis (56) por ciento y CVG VENALUM con el cuarenta y tres (43) por ciento.

C.V.G. CARBONORCA constituye un eslabón clave en el desarrollo de futuros proyectos con respecto a la Industria de Aluminio en Ciudad Guayana, entre ellos la construcción de la V línea en C.V.G. ALCASA.

2.2.- Instalaciones de C.V.G. CARBONORCA

Distribuida en una parcela de 23 hectáreas cuenta con: (1) Planta de Molienda y Compactación con una capacidad de 140.000 toneladas por año. Un (1) almacén para ánodos verdes y cocidos. Tres (3) Hornos de Cocción tipo cerrado: dos Hornos HC 1.1 / HC 2.1 de 48 secciones, y un Horno HC 1.2 de 32 secciones. Una (1) Planta de Tratamiento de humos (Sistema LURGI). Un (1) Almacén General de suministros. Una (1) Planta de Compresores. Una (1) Sub-Estación de Gas Natural. Una (1) Sub-Estación Eléctrica. Una (1) Planta de suministros de combustible. Infraestructura Vial. Un (1) Área Administrativa. Un (1) Área de Servicios Médicos. Infraestructura de Protección Integral. Infraestructura de Operaciones. Infraestructura de Servicios.

Utiliza tecnología de mezclado continuo en la fabricación de ánodos para obtener un producto ideal para uso como electrodo en procesos metalúrgicos. Entre sus características técnicas se encuentran: Alta conductividad eléctrica; Alta resistencia mecánica; Baja reactividad al aire y al oxígeno; Configuración homogénea de componentes.

2.3.- Ubicación Geográfica

C.V.G. CARBONORCA, se encuentra ubicada en Ciudad Guayana, estado Bolívar, Zona Industrial Matanzas, Avenida Norte-Sur 7 del Municipio Autónomo Caroní. Norte: Fior de Venezuela; Sur: Equipetrol C. A., Este: ALCASA, Oeste: Av. Nro. 57.

2.4.-Potencial de la Empresa

2.4.1.- Misión

Producir y comercializar ánodos de carbón para plantas reductoras de aluminio; en términos de competitividad, rentabilidad y equilibrio ambiental, satisfaciendo a nuestros accionistas, clientes y recurso humano, contribuyendo al desarrollo económico y social de la Región.

2.4.2.- Visión

Posicionarnos en el mercado como una empresa líder en la producción de ánodos de carbón.

2.4.3.- Valores

Responsabilidad; Lealtad; Respeto; Honestidad; Calidad del Producto; Conservación Ambiental; Ética; Satisfacción del Cliente; Humanismo.

2.4.4.- Política de Calidad

En CVG CARBONORCA nuestro compromiso es producir y comercializar de manera rentable, ánodos de carbón para plantas reductoras de aluminio, satisfaciendo los requerimientos de nuestros clientes, mediante el mejoramiento continuo de la eficacia del sistema de gestión de la calidad.

2.5.- Proceso Productivo

2.5.1.- Materias Primas

Para la producción de ánodos C.V.G. CARBONORCA utiliza Coque de petróleo calcinado, Alquitrán, Desechos Verdes y cabo. La excelencia del ánodo producido se debe a la calidad de sus materias primas, por lo que al adquirirlas se le realizan inspecciones detalladas a fin de garantizar los requerimientos estipulados.

El Coque de petróleo calcinado se obtiene como producto de la calcinación de residuo resultante de la destilación del petróleo. Está constituido principalmente por Carbono y pequeñas cantidades de elementos como: Silicio, Hierro, Manganeso, Azufre, Titanio, Vanadio y Níquel.

El Alquitrán se obtiene de la destilación de los componentes volátiles que se desprenden por calentamiento del mineral de carbón, son recogidos en diferentes fracciones de las cuales la denominada brea de alquitrán contiene dos principales fases, la sólida a temperatura ambiente que es la apropiada para la fabricación de ánodos, denominada brea de alquitrán de alto punto de ablandamiento, y otra menos viscosa y líquida a temperaturas ambiente denominada brea de alquitrán de bajo punto de ablandamiento.

Por último se encuentran los desechos verdes y cabos. Los primeros están constituidos por Ánodos verdes rechazados en el proceso de fabricación, ya sea por mala compactación, exceso de alquitrán, segregación, orificio, u otra causa que lo califique como rechazado. Los cabos son Ánodos cocidos rechazados en Horno de Cocción, por defectos estructurales, y residuos de los ánodos retirados de las celdas de reducción. Estos deben estar limpios y libres de residuos de baño electrolítico y hierro metálico.

2.5.2.- Molienda y Compactación

Esta parte de la planta esta encargada de procesar la materia prima necesaria para la fabricación de ánodos verdes, elementos indispensables para la producción de aluminio primario. La planta de Molienda y Compactación se encuentra estructurada por cadenas de funcionamiento que simplifican el proceso productivo en varias etapas: Cadena A, Cadena B, Cadena C, Cadena D, Cadena E, Cadena F, Cadena G, Cadena H, Cadena J, Cadena K, Cadena M, Cadena N, Cadena R.

Estas cadenas en conjunto conforman el ciclo del proceso productivo, dentro de estas hay unas que son críticas y otras que no lo son, se les confiere esta condición ya que si una de estas cadenas se detiene, también se detiene el proceso productivo de ánodos verdes.

2.5.3.- Hornos de Cocción

La cocción de los ánodos verdes provenientes de la Planta Molienda y Compactación se lleva a cabo en ésta área, donde los ánodos son sometidos a un tratamiento térmico, con la finalidad de proporcionarle las propiedades físico-químicas, tales como: conductividad eléctrica, densidad, resistencia mecánica, baja reactividad al aire y con una configuración homogénea, que permitirán convertirlos en electrodos positivos, aptos para ser usados en las celdas reductoras de Aluminio primario.

Un ciclo de cocción determina el tiempo de permanencia en una sección en cada una de las etapas de precalentamiento, fuego directo y enfriamiento. En el horno de cocción puede trabajar desde el ciclo de 28 horas hasta el ciclo de 48 horas.

2.5.4.- Taller Central

La investigación se llevará a cabo en el Taller Central de C.V.G. CARBONORCA donde se encuentra la Gerencia de Mantenimiento la cual está encargada de gestionar todas las actividades de mantenimiento de la empresa. El Taller Central consta de dos áreas: Soldadura; y Máquinas-Herramientas donde se elaboran, reconstruyen y reparan las piezas de los equipos más productivos de la empresa. La imagen 1 muestra una vista panorámica del Taller Central de C.V.G. CARBONORCA

El Taller cuenta con 1 Torno, 1 Fresadora, 1 taladro, 2 Grúa Puente de 5 Ton, 1 Brochadora, 1 Prensa Hidráulica, 1 prensa mecánica, 2 Esmeriles de Banco, 1 Sierra Eléctrica, y 2 máquinas de soldar. Una de las Máquinas más importantes es el Torno, debido a que la mayoría de las piezas fabricadas o reparadas en el taller necesitan torneado. La imagen 2 mostrada a continuación representa al torno de Taller Central.

2.5.4.1.- Datos técnicos principales y características del Torno

A continuación en la tabla 1 se presentan las características técnicas del torno de Taller Central

Tabla 1: Características técnicas del Torno de Taller Central

CAPÍTULO III

Marco teórico

3.1.- Antecedentes

En CVG CARBONORCA no se ha realizado hasta el momento un estudio para mejorar la eficiencia de manera rentable de las operaciones de torneado. No obstante, en 2003 Fuentes Juan realizó un estudio donde determinó el tiempo de fabricación de piezas las mecánicas en el Taller Central. Si bien esta investigación comprende piezas que no se maquinan en el Torno, solo se tomó referencia de aquellas que requieran torneado para el conocimiento del comportamiento del tiempo de las operaciones.

3.2.- Bases Teóricas

3.2.1.- Estudio de Proyectos

Nassir y Reinaldo Sapag Chain (2003) (1) definen a un proyecto como, "la búsqueda de una solución inteligente al planteamiento de un problema tendiente a resolver, entre muchas, una necesidad humana" (p.1), luego es importante llevar una búsqueda sistemática de lo que se quiere conocer y/o resolver para alcanzar el éxito deseado.

Es por esto que la preparación y evaluación de proyectos se ha transformado en un instrumento de uso prioritario para implementar iniciativas de inversión.

El hecho de que la evaluación de proyectos sea un proceso sistemático de la búsqueda de soluciones a problemas, Nassir y Reinaldo Sapag (op. cit.) (2) afirman que "para muchos, la preparación y evaluación de proyectos es un instrumento que determina que si el proyecto se muestra rentable debe implementarse pero que si resulta no rentable debe abandonarse" (p.1). Sin embargo no deben tomarse los resultados de una evaluación como totalmente cierta. El riesgo de fracaso no puede ser eliminado sino reducido, la evaluación de un proyecto proporcionará criterios de decisión argumentados que permitirán añadir más seguridad a la hora de tomar la decisión definitiva.

3.2.2.- Estudios de Factibilidad.

Teniendo establecido el concepto de proyecto, es indispensable entender que éste debe tomarse con una base de decisión que justifique su aplicabilidad, debido a que de ésta depende su éxito. Además la limitación de los recursos disponibles obliga a destinarlos conforme a su mejor aprovechamiento.

Ortiz (tomado de Internet 2005) (3), afirma que todos los proyectos son realizables con recursos ilimitados y un tiempo infinito. Sin embargo, debido a la imposibilidad de ocurrencia de tal hecho, la mayoría de los proyectos se caracterizan por la escasez de recursos, por lo tanto, es necesario y prudente evaluar la viabilidad de un proyecto lo antes posible.

Es por esto que los proyectos deben someterse a un análisis sistemático que brinde la mayor cantidad de información para reducir la incertidumbre al fracaso que acompaña el emprendimiento de un proyecto. Tal análisis contiene los siguientes tópicos:

• 1. Identificación de la necesidad

• 2. Análisis técnico

• 3. Análisis económico

3.2.2.1.- Identificación de la Necesidad

Dependiendo del tipo de proyecto esa parte del estudio de viabilidad puede ser llamada Estudio de Mercado. Sin embargo, para algunos proyectos, como la compra de maquinaria en una empresa, instalación de sistemas basados en computadoras, entre otros, solo se traba de identificar el problema desde el punto de vista de la necesidad que representa para mejorar o mantener las operaciones de la empresa.

3.2.2.2.- Análisis Técnico

A través de este análisis se debe establecer la factibilidad técnica y operacional del proyecto. Entonces hay que estudiar la funcionalidad, el rendimiento, facilidad de mantenimiento y las restricciones que pueden afectar a la posibilidad de realización de un sistema aceptable.

El análisis técnico empieza con una definición de la viabilidad técnica del sistema propuesto. ¿Qué tecnologías se requieren para conseguir la funcionalidad y el rendimiento del sistema? ¿Qué nuevos materiales, métodos, algoritmos o procesos se requieren y cuál es el riesgo de su desarrollo? ¿Cómo afectarán al coste estos elementos de tecnología?

Las herramientas de que se puede disponer para el análisis técnico se encuentran en las técnicas matemáticas de modelización y optimización, en la probabilidad y la estadística, en la teoría de control, análisis operacional, entre otras.

Es importante tener en cuenta que la evaluación analítica no es siempre posible. La modelización (bien matemática o física) es un mecanismo efectivo para el análisis técnico de procesos. El modelo se crea a partir de la observación del mundo real o de una aproximación basada en los objetivos del sistema. El analista comprueba el comportamiento del modelo y lo compara con el del mundo real o con el del sistema esperado, obteniendo información de viabilidad técnica para el sistema propuesto.

3.2.2.3.- Análisis Económico

Solo si el proyecto resulta factible técnicamente, se realiza un análisis económico donde se determina la conveniencia económica o la rentabilidad del proyecto. Éste corresponde a la valoración, expresada en términos económicos, de las diferencias existentes entre las alternativas disponibles a través de indicadores, con el fin de comparar sus ventajas económicas

3.2.3.- Antecedentes de la Investigación de Operaciones

Los inicios de la investigación de operaciones, afirma Oliva (tomado de Internet 2002) (4), se remontan a la Segunda Guerra Mundial en Gran Bretaña, donde la Administración Militar llamó a un grupo de científicos de distintas áreas del saber para que estudiaran los problemas tácticos y estratégicos asociados a la defensa del país.

Uno de los primeros problemas fue la asignación de escasos recursos del momento, en la forma más efectiva (óptima), a las diferentes operaciones militares y a las actividades de cada operación militar. El nombre de Investigación de Operaciones fue dado aparentemente porque el equipo estaba llevando a cabo la actividad de investigar operaciones (militares).

Motivados por los resultados alentadores obtenidos por los equipos británicos, los administradores militares de Estados Unidos comenzaron a realizar investigaciones similares. Para eso reunieron a un grupo selecto de especialistas, los cuales empezaron a tener buenos resultados y en sus estudios incluyeron problemas logísticos complejos, la planeación de minas en el mar y la utilización efectiva del equipo electrónico.

Al término de la guerra y atraídos por los buenos resultados obtenidos por los estrategas militares, los administradores industriales empezaron a aplicar las herramientas de la Investigación de Operaciones a la resolución de sus problemas que empezaron a originarse debido al crecimiento del tamaño y la complejidad de las industrias.

3.2.3.1.- Definición de Investigación de Operaciones

Churchman, Ackoff y Sasieni (tomado de Internet 2005) (5) definen la investigación de operaciones como: "la aplicación del método científico, con empleo de modelos matemáticos, a los problemas relativos al gobierno de sistemas organizados (hombre-máquina) para proporcionar soluciones que sirvan lo mejor posible a la organización considerada como un todo".

Luego, la investigación de operaciones es una herramienta de toma de dediciones frente a problemas surgen en la dirección y en la administración de grandes sistemas de hombres, máquinas, materiales y dinero, en la industria, en los negocios, en el gobierno y en la defensa.

3.2.3.2.- Características de la Investigación de Operaciones

Oliva (op. cit.) (6) afirma que la investigación de operaciones se caracteriza por:

• Usar el método científico para investigar un problema. En particular, el proceso comienza por la observación cuidadosa y la formulación del problema incluyendo la recopilación de los datos necesarios.

• Adoptar un punto de vista organizacional. De esta manera intenta resolver los conflictos de interés entre los componentes de la organización de forma que el resultado sea el mejor para la organización en su conjunto.

• Intentar encontrar la mejor solución (llamada solución óptima), para el problema. No se trata simplemente de mejorar el estado de las cosas, sino de identificar la mejor forma de acción posible.

• Emplear el enfoque de equipo, el cual debe incluir personal con conocimientos y experiencia en matemáticas, estadística y teoría de probabilidades, economía, administración de empresas, informática, diversas ramas de ingeniería, etc.

3.2.4.- Teoría de Colas

Una Cola es una línea de espera y la teoría de colas (también llamada teoría de líneas de espera) es una colección de modelos matemáticos que describen sistemas de líneas de espera particulares o de sistemas de colas. Los modelos sirven para encontrar el comportamiento de estado estable, como la longitud promedio de la línea y el tiempo de espera promedio para un sistema dado. Esta información, junto con los costos pertinentes, se usa, entonces, para determinar la capacidad de servicio apropiada.

Los modelos de colas (líneas de espera o filas), tienen como pionero a A. K. Erlang, quien en 1909 comenzó a analizar la congestión de tráfico telefónico con el objetivo de cumplir la demanda incierta de servicios en el sistema telefónico de Copenhague.

Gómez Andrés (tomado de Internet, 2005) (7) profesor de la Universidad Nacional de Colombia, afirma que generalmente un analista se encuentra con un dilema: "asumir los costos derivados de prestar un servicio", o "asumir los costos derivados de tener varias colas", ya que se debe: "lograr un balance económico entre el costo del servicio y el costo de espera asociado por ese servicio" (p. 3).

Esta teoría proporciona parte de la información necesaria para llevar a cabo un estudio de investigación de operaciones que intenta encontrar el mejor diseño para un sistema de colas.

La teoría de colas ha gozado de un lugar sobresaliente entre las técnicas analíticas modernas de investigación de operaciones. Sin embargo hasta ahora el enfoque se ha limitado a la formulación de una teoría matemática descriptiva. Aquí pues, no concierne a la teoría de colas alcanzar la meta de investigación de operaciones: la toma de decisiones óptimas. En lugar de ello obtiene información sobre el comportamiento del sistema de colas.

3.2.4.1.- Estructura de un Sistema de Colas

La estructura de un sistema de colas se puede describir a través de la figura 1 mostrada a continuación 

Taha (1997) (8) resalta que los actores principales en un sistema de colas son el cliente y el servidor. Sin embargo cabe destacar que existen otros elementos que también intervienen como:

3.2.4.1.1.- Fuente de Entrada

Los clientes (o inputs), los cuales son las unidades que entran en el sistema para recibir el servicio, se generan a través del tiempo en una fuente de entrada. La cantidad de clientes que requiere de servicio en un determinado momento de denomina Tamaño de la población, el cual puede ser finito o infinito.

Plantea Taha (op. cit) (9) que: "la llegada de clientes se representa por medio del tiempo entre llegadas y el servicio se describe por el tiempo de servicio [itálicas añadidas]" (p. 609). Estas medidas de tiempo pueden ser probabilísticas (cuando no se conocen los tiempos) o deterministas (cuando se conocen los tiempos).

3.2.4.1.2.- Cola

Caracterizada por el número máximo de clientes que se pueden admitir. La cola puede ser finita o infinita. La cola generalmente presenta una disciplina, esto es, un orden en que los clientes se seleccionan para recibir el servicio. La más común es primero en llegar primero en ser servido, pero podría servir con prioridades o siguiendo alguna otra regla.

En algunos procesos de espera, afirma Jiménez (tomado de Internet 2005) (10), existen algunas limitaciones en cuanto a la cantidad de clientes que pueden esperar, es decir, en la capacidad de la cola. Hay máximos en el tamaño de la cola, en estos casos hay pérdida de clientes (porque no están dispuestos a esperar tanto), y los que se quedan deben esperar hasta que disminuya la cola puedan ser atendidos.

3.2.4.1.3.- Mecanismo de Servicio

Consiste en una o más instalaciones de servicio. Puede haber canales de servicio en serie o en paralelo. El tiempo que transcurre desde el inicio de un servicio para un cliente hasta su terminación es el Tiempo de servicio.

Un modelo de sistema de colas debe especificar la distribución de probabilidad de los tiempos de servicio para cada servidor. La distribución más usada para los tiempos de servicio es la exponencial, aunque es común encontrar la distribución determinística (tiempos de servicio constantes) o la distribución Erlang (Gamma). Una vez que se completa el servicio, las llegadas se convierten en salidas.

3.2.4.1.4.- Proceso de Salida

La salida de los clientes puede darse de dos formas:

Los elementos abandonan completamente el sistema después de ser atendidos, lo que se llamaría un sistema de colas de un paso. Por ejemplo, clientes esperan a ser atendidos por un cajero en un banco, y después que reciben el servicio se van del banco. Por otro lado, los clientes pueden ser trasladados a otra parte para someterlos a otro tipo de proceso, lo que resultaría una red de colas. Por ejemplo, los productos que son procesados en una estación de trabajo y luego en otra y así sucesivamente hasta abandonar el sistema.

3.2.4.2.- Desarrollo de Teoría de Colas

El objetivo último de la teoría de colas consiste en responder cuestiones administrativas pertenecientes al diseño y a la operación de un sistema de colas. En una estructura de producción, el investigador puede desear evaluar el impacto de la compra de una nueva máquina que pueda procesar los productos con más rapidez. Por otro lado, el gerente de un banco puede querer decidir si programa tres o cuatro cajeros durante la hora de almuerzo.

Los problemas relacionados con los sistemas de colas se clasifican en dos grupos básicos:

3.2.4.2.1.- Problemas de Análisis

Si se quiere saber si un sistema dado está funcionado satisfactoriamente. Necesita responder una o más de las siguientes preguntas:

• ¿Cuál es el tiempo promedio que un cliente tiene que esperar en la fila antes de ser atendido?

• ¿Qué fracción de tiempo ocupan los servidores en atender a un cliente o en procesar un producto?

• ¿Cuáles son el número promedio y el máximo de clientes que esperan en la fila?

Basándose en estas preguntas, los gerentes tomarán decisiones como emplear o no más gente, agregar una estación de trabajo adicional para mejorar el nivel de servicio, o si es necesario o no aumentar el tamaño del área de espera.

3.2.4.2.2.- Problemas de Diseño

Si se desea diseñar las características de un sistema que logre un objetivo general. Esto puede implicar el planteamiento de preguntas como las siguientes:

• ¿Cuántas personas o estaciones deben emplearse para proporcionar un servicio aceptable?

• ¿Deberán los clientes esperar en una sola fila (como se hace en muchos bancos) o en diferentes filas (como en el caso de los supermercados)?

• ¿Deberá haber una estación de trabajo separada que maneja las cuestiones "especiales" (como el caso del acceso a primera clase en el mostrador de una aerolínea?

• ¿Qué tanto espacio se necesita para que los clientes o los productos puedan esperar? Por ejemplo, en un sistema de reservaciones por teléfono, ¿qué tan grande debe ser la capacidad de retención? Esto es, ¿cuántas llamadas telefónicas se deben mantener en espera antes de que las siguientes obtenga la señal de ocupado?

Estas decisiones de diseño se toman mediante la evaluación de los méritos de las diferentes alternativas, respondiendo a las preguntas de análisis del grupo 1 y luego seleccionando la alternativa que cumpla con los objetivos administrativos.

3.2.5.- Modelos de Simulación

Robert E. Shannon (tomado de Internet 2005) (11), define la simulación como un proceso de diseño y desarrollo de un modelo computarizado ya sea de un proceso o un sistema con el fin de entender su comportamiento y evaluar varias estrategias con los cuales se puede mejorar el mismo.

La misma idea es sostenida por Taha (op. cit.) (12), quien además afirma que la simulación es lo segundo más importante después de que se ha observado un sistema real en operación, pero que sin embargo, la simulación no es una técnica de investigación de operaciones para optimización, sino para análisis.

Por otro lado, Jiménez (op. cit.) (13), sostiene que la idea, detrás de la simulación, es imitar una situación del mundo real matemáticamente, con el propósito de estudiar sus propiedades y así presentar conclusiones, decisiones y cursos de acción basados en los resultados de la simulación.

Luego, simular un proceso será la herramienta para conocer cada uno de los comportamientos del mismo y así evaluar alternativas de acción y determinar cual hecho probablemente será el más efectivo en la situación real.

3.2.5.1.- Aplicaciones de la Simulación

• En ciencias básicas es utilizada para estimar áreas bajo curvas, y evaluación de integrales múltiples, entre otras.

• En situaciones prácticas, se utiliza para evaluar sistemas industriales, incluido el diseño de sistemas de colas, redes de comunicación, control de inventarios, y procesos químicos. Además es utilizado para analizar problemas de negocios, como el comportamiento del consumidor, y la operación total de una empresa. Entre otras aplicaciones se puede mencionar el uso de simulación en análisis de tácticas de guerra, sistemas biomédicos como balance de fluidos, problemas sociales como los efectos del medio ambiente en la salud, entre otros.

3.2.5.2.- Tipos de Simulación

3.2.5.2.1.- Modelos Discretos

Un modelo (sistema) discreto es aquel en el cual las variables de estado cambian solo en puntos discretos o contables en el tiempo. Por ejemplo aquellos sistemas de colas donde se interesa estimar medidas como tiempo de espera promedio o la longitud de la línea de espera. Tales medidas solo cambian cuando un cliente entra o sale del sistema; en todos los demás momentos, no ocurre nada en el sistema desde el punto de vista de la inferencia estadística.

3.2.5.2.2.- Modelos Continuos