Optimización de la programación de producción con restricciones de set-up, inventarios y logística de despacho

Abstract

Este caso surge en una empresa de alimento balanceado ubicada en Coronel Pringles, cuya operación se encuentra limitada por un diseño de procesos que no integra de manera adecuada la programación de la producción, la gestión de inventarios y la distribución. La planta dispone de una única línea de producción, lo que genera una gran rigidez en la planificación de lotes y provoca desajustes constantes entre la oferta disponible, ya sea en proceso o almacenada, y la demanda de alimentos a granel para bovinos, porcinos, avícolas y otras especies. En la práctica, la asignación de órdenes de producción se realiza siguiendo su orden de llegada, sin evaluar la compatibilidad de los productos, los volúmenes ni las prioridades. Esta forma de planificar conduce a que con frecuencia se produzcan corridas incompletas que generan capacidad ociosa o, en el extremo opuesto, corridas adicionales que incrementan los costos para cubrir excesos de demanda. A estas ineficiencias se añaden los frecuentes cambios de producto que deben realizarse en la línea, cambios que requieren largos tiempos de limpieza y preparación y que representan tiempos de set-up que no aportan a la producción efectiva, reduciendo así la productividad total del sistema.En lo que respecta a la distribución, la confección de rutas de despacho depende actualmente de la experiencia empírica del personal, ya que no existe una herramienta que permita integrar simultáneamente la localización geográfica de los clientes, la urgencia de los pedidos y la ventana de producción. Este procedimiento manual impide optimizar de manera conjunta la secuencia de fabricación, el llenado de silos y el armado de viajes, lo que deriva en un uso ineficiente de la flota propia y de los camiones contratados. En consecuencia, la empresa experimenta demoras recurrentes, costos logísticos elevados, baja eficiencia productiva y limitaciones en el nivel de servicio ofrecido a los clientes.Frente a estas restricciones en este primer abordaje, se propone el desarrollo de un modelo matemático de programación lineal entera mixta que permita articular los tres pilares operativos de manera integrada. El modelo considera la existencia de una única línea de producción con tiempos de set-up dependientes del tipo de producto, los inventarios iniciales de materia prima junto con la posibilidad de realizar compras adicionales para garantizar la factibilidad del plan, las restricciones de capacidad de los silos de producto terminado, la secuenciación de las órdenes de producción y la asignación de pedidos a los cupos disponibles. El objetivo de la formulación se plantea como la minimización de una función de costos que incluye los tiempos improductivos de set-up, los costos de compra y almacenamiento de materia prima, los costos asociados al uso de los silos y los costos de transporte.This case arises in a feed manufacturing company located in Coronel Pringles, whose operations are limited by a process design that does not adequately integrate production scheduling, inventory management, and distribution. The plant has a single production line, which creates significant rigidity in batch planning and generates constant imbalances between the available supply, whether in process or stored, and the demand for bulk feed for cattle, swine, poultry, and other species. In practice, production orders are scheduled according to their arrival sequence, without evaluating product compatibility, volumes, or priorities. This approach often leads to incomplete runs that result in idle capacity or, at the other extreme, additional runs that increase costs in order to cover excess demand. To these inefficiencies are added the frequent product changes required on the line, changes that involve long cleaning and preparation times and represent set-up times that do not contribute to effective production, thus reducing the overall productivity of the system. With regard to distribution, the preparation of delivery routes currently depends on the empirical experience of the staff, as there is no tool that allows the simultaneous integration of customer geographic location, order urgency, and production windows. This manual procedure prevents the joint optimization of production sequencing, silo filling, and trip planning, resulting in inefficient use of both the company’s own fleet and contracted trucks. Consequently, the company experiences recurring delays, high logistics costs, low production efficiency, and limitations in the level of service provided to customers. In view of these restrictions, this initial approach proposes the development of a mixed-integer linear programming model that allows the three operational pillars to be integrated. The model considers the existence of a single production line with set-up times dependent on the type of product, the initial inventories of raw materials together with the possibility of making additional purchases to guarantee plan feasibility, the capacity constraints of finished product silos, the sequencing of production orders, and the allocation of orders to available production slots. The objective of the formulation is defined as the minimization of a cost function that includes unproductive set-up times, the costs of purchasing and storing raw materials, the costs associated with silo utilization, and transportation costs.