MEDICIÓN Y MEJORAMIENTO DE LA OPERACIÓN DE DESPACHO DE CARBÓN A TRAVÉS DE MODELOS ESTADÍSTICOS R&R
MEASURING AND IMPROVING THE OPERATION OF COAL DISPATCH THROUGH STATISTICAL R&R MODELS
MARTIN DARIO ARANGO SERNA
Ph.D. Profesor Titular de la Escuela de Ingeniería de la Organización, Director grupo GICO, Universidad Nacional, mdarango@unal.edu.co
RODRIGO ANDRÉS GÓMEZ M.
M.Sc. Magister en ingeniería administrativa, Docente Tecnológico Colombiano Jaime Isaza Cadavid, rodrigomezm1986@gmail.com
JULIAN ANDRES ZAPATA CORTES
M.Sc. Magister en ingeniería administrativa, Docente tiempo Completo Institución Universitaria ESUMER, jzapatac@esumer.edu.co
Recibido para evaluación: 24 de mayo de 2012 / Aceptación: 03 de Mayo de 2013 / Recibida versión final: 6 de Junio de 2013.
RESUMEN: El presente artículo tiene como objetivo presentar una propuesta para medir la variabilidad del pesaje en la operación de despacho del carbón, en una mina de explotación de mediana escala, ubicada en el departamento de Boyacá, a través de la aplicación de la metodología estadística de Reproducibilidad y Replicabilidad (R&R). A partir del desarrollo del artículo, se puede concluir que la metodología R&R permite identificar el comportamiento, causas y factores críticos, relacionados con la báscula y operarios, los cuales afectan la variabilidad de las mediciones de pesaje del carbón, que para la empresa en estudio, impacta en los costos logísticos de transporte y en la satisfacción de los clientes. Además, el enfoque desarrollado permitió incluir herramientas cuantitativas, en un proceso logístico crítico para la sostenibilidad de las empresas y el aprovechamiento de los recursos mineros.
PALABRAS CLAVES: Logística, Minería, Gestión de almacenes, Despacho, Repetibilidad, Reproducibilidad (R&R).
ABSTRACT: This paper aims to present a proposal to improve efficiency and decrease the variability of weighing on the dispatch operation of coal medium-sized mine,located in Boyacá through the application of the statistical methodology of Reproducibility and Repeatability (R & R). With the development of the paper, it can be concluded that the methodology R & R can reduce the variability of measurements of weighing coal, which, impacts the logistical costs of transportation and the customer satisfaction. Moreover, the approach developed allowed include quantitative tools in a logistics process, critical to the sustainability of mining and exploitation of mineral resources.
KEYWORDS: Mining Logistics, Warehouse Management, Dispacht, Coal, Repeatibility and Reproducibililty (R&R).
1. INTRODUCCIÓN
En la última década, la logística ha cobrado importancia en diferentes sectores económicos, incluyendo la minería, por su impacto en la satisfacción de los clientes, los costos de operación, las relaciones con proveedores, distribuidores y otros actores de la cadena de suministro. Por su parte, el despacho es una operación logística que hace parte de la minería, la cual se encarga de verificar y enviar los pedidos de los clientes, intentando garantizar las fechas y cantidades de los productos vendidos, de allí la importancia de su adecuada planificación, ejecución, control y mejoramiento.
El presente artículo tiene como objetivo, presentar una propuesta para medir la variabilidad del pesaje en la operación de despacho del carbón, en una mina mediana ubicada en Sogamoso, municipio del departamento de Boyacá, a través de la aplicación de la metodología estadística de Reproducibilidad y Replicabilidad (R&R). El público del artículo incluye investigadores y profesionales interesados en la utilización de técnicas estadísticas en operaciones logísticas mineras.
La metodología utilizada para desarrollar el artículo, incluye la descripción y caracterización de la operación de despacho de empresas mineras, a partir de la revisión de información secundaria contenida en libros, revistas científicas y comerciales relacionadas con el tema. De otro lado, se desarrolla un caso de aplicación, en el cual se describe la operación de despacho y pesaje del carbón, para posteriormente desarrollar el estudio de repetibilidad y reproducibilidad (R&R), que permite reducir la variabilidad de esta operación.
Finalmente, se puede indicar que el artículo se divide en tres partes. En la primera parte, se presentan los conceptos de logística y operación de despacho en la minería del carbón. En la segunda parte, se revisan las características y aplicabilidad de los estudios R&R en la operación de despacho, realizando énfasis en el pesaje del carbón. Por último, se desarrolla un caso de estudio del método R&R en el pesaje de carbón para despacho en la empresa de estudio, que permite ejemplificar el uso de la técnica estadística R&R como estrategia de control, para contribuir a la eficiencia y orientación hacia la satisfacción de las necesidades de los clientes.
2. LOGÍSTICA, GESTIÓN DE ALMACENES, OPERACIÓN DE DESPACHO EN LA MINERÍA DEL CARBÓN Y RELACIÓN CON LOS ESTUDIOS R&R
La logística consiste en el flujo de información, productos y dinero en la cadena de suministro, lo cual permite desarrollar los procesos e interacciones que se realizan entre proveedores, productores, distribuidores y clientes (Frazelle y Sojo, 2007). Por otra parte, la logística también puede ser concebida como planeación, implementación y control del flujo de información, productos y servicios entre el punto de origen hasta los clientes, con el fin de satisfacer sus necesidades (Gold y Seuring, 2011; CSCMP, 2010).
En el ámbito de la minería del carbón, la logística ha cobrado importancia en la productividad y la satisfacción de los clientes, ya que esta permite planear, ejecutar y controlar las actividades de aprovisionamiento de insumos y servicios, administración de inventarios, gestión de almacenes, servicio al cliente, transporte y distribución (Arango et al., 2010; Correa y Gómez, 2010). En la minería, se hace imperante realizar procesos logísticos adecuados en las operaciones de explotación, beneficio y transformación del carbón, ya que la eficiencia y eficacia en el uso de recursos y atención de los pedidos de los clientes, depende de una adecuada gestión logística (Arango et al., 2010; Correa y Gómez, 2010).
En la logística de la minería del carbón, el proceso de gestión de almacenes puede ser considerado de alto impacto en la eficiencia y la productividad, ya que este permite administrar adecuadamente el inventario y las relaciones con los proveedores, respecto a la recepción de los insumos, equipos y herramientas utilizados en los diferentes procesos. Además, la logística permite gestionar el almacenamiento del carbón después de los procesos de extracción, beneficio o transformación, lo cual contribuye a mejorar la operación y la capacidad de atención de los pedidos, permitiendo reducir los costos totales de estas actividades.
La gestión de almacenes en la minería del carbón puede ser clasificada en diferentes tipos, resaltando los almacenes de materias primas, insumos, equipos y herramientas, tanto en las minas, como en los centros de distribución y acopio de carbón. La figura 1, muestra como estos almacenes son utilizados dependiendo de la etapa de producción minera.
En los diferentes tipos de gestión de almacenes para el carbón, generalmente se desarrolla un conjunto de operaciones, tales como recepción, acomodo, almacenamiento, preparación de pedidos y despacho, las cuales permiten utilizar adecuadamente los recursos, alcanzar los objetivos operacionales y atender las necesidades de los clientes (Frazelle y Sojo, 2007). A continuación, se detallan algunas operaciones y recursos que se utilizan en cada uno de los tipos de gestión de almacenes descritos con anterioridad (Frazelle y Sojo, 2007; Van Den Berg, 2007; Baker y Canessa, 2009; Correa y Gómez, 2009 y Gómez, 2010). Es importante resaltar, que después de realizar una búsqueda bibliográfica exhaustiva, no se identificaron autores que describan la gestión de almacenes de manera detallada desde la perspectiva logística que se realizará en este artículo. En la Tabla 1, se muestran las operaciones de la gestión de almacenes en la minería del carbón.
De las diferentes operaciones de la gestión de almacenes para la minería del carbón revisadas y descritas, se puede indicar que la recepción, el almacenamiento, la preparación de pedidos y el despacho, suelen ser comunes e indispensables para que las empresas gestionen adecuadamente el inventario del carbón y atiendan adecuadamente los pedidos de los clientes, de allí la importancia de su adecuada planeación, implementación y control.
El despacho es una operación de la gestión de almacenes de la minería del carbón, que genera impacto en la eficiencia y eficacia de las relaciones entre la empresa proveedora y el comprador, ya que por medio de este, se entregan los pedidos a los clientes a través de procesos logísticos de transporte y distribución.
2.1. Operación de despacho y pesaje en la minería del carbón
La operación de despacho puede ser entendida como el momento en que los productos, en este caso el carbón, están en el puerto o proceso de embarque. Por lo anterior, se requiere la verificación de la cantidad a enviar a través de la actividad de pesaje, la identificación de daños o el incumplimiento de especificaciones pactadas con los clientes, la revisión de la documentación y cargue al medio de transporte, en que se realiza el traslado del carbón (Hamdan y Rogers 2008; Baker y Canessa, 2009; Gu et al., 2010).
La operación de despacho involucra el uso de los siguientes recursos:
Dentro de las actividades de despacho de carbón, el pesaje es una actividad crítica, ya que permite determinar los costos de transporte y garantizar el cumplimiento de los pesos máximos de carga a movilizar establecidos por la ley, ademas de entregar las cantidades correctas de carbón negociadas (Tompkins y Hamerlink, 2004; Frazelle y Sojo, 2007; Correa y Gómez, 2009).
2.2. Estudios estadísticos de repetibilidad y replicabilidad (R&R) aplicados en las operaciones de despacho en la minería del carbón
En la operación de despacho de carbón, es fundamental garantizar que los equipos de pesado o básculas, se encuentren calibrados y sean estables en las mediciones en el tiempo, buscando reducir su variabilidad. Esta variabilidad, no solo depende de su operación, sino también de la variabilidad de los equipos de medición y los operadores que toman (miden) los datos, ya que estos afectan su precisión y exactitud (Mason et al., 2003; Gutiérrez y De La Vara, 2009). La precisión se relaciona con la variación que se obtiene al medir un producto o procesos, con un mismo equipo de medición e iguales operadores. Por su parte, la exactitud se refiere a la desviación que tienen las mediciones respecto a un valor estándar o referencia definido como aceptable.
Para controlar la variabilidad asociada a la precisión de los equipos de medición o básculabásculas de pesaje, en la operación de despacho en la minería del carbón, se puede utilizar el método estadístico de Repetibilidad y Reproducibilidad (R&R) (Gutiérrez y De La Vara, 2009; Montgomery, 2004). En el pesaje, la repetibilidad se relaciona con la variación en las mediciones del peso de la carga del camión a enviar, cuando se utiliza una báscula que es manipulada por un solo operario. Por su parte, la reproducibilidad consiste en medir la variación en el pesaje de la carga, cuando la báscula es manipulada por diferentes operarios.
El enfoque del estudio R&R en la minería del carbón, permite mejorar la precisión de la operación de despacho a través de técnicas estadísticas, lo que permite el mejoramiento de los procesos logísticos bajo un enfoque de eficiencia, eficacia y productividad.
Luego de realizar una revisión y análisis de libros y revistas científicas relacionadas con la operación de despacho en la minería del carbón, y en específico con el pesaje del mismo, no se identifican propuestas específicas enfocadas en la solución de estos problemas. Lo que se pudo encontrar, son propuestas genéricas relacionados con el tipo de básculas y métodos para la medición de su precisión, pero sin contextualización alguna con la minería del carbón. Algunas de los artículos identificados en la literatura fueron: Metsaev et al. (2001) y Hwang (2006).
3. METODOLOGÍA
La metodología utilizada se fundamentó en realizar una contextualización teórica de la actividad de pesaje en la operación de despacho, y en la relación con la técnica estadística de repetibilidad y reproducibilidad R&R para empresas de minería del carbón térmico, esta última basada en la revisión de información secundaria, obtenida de libros, revistas científicas e informes del sector.
Despues de esta revisión, se propuso la adaptación de la técnica R&R para la medición y control de la variabilidad de la actividad de pesado con báscula, en la operación de despacho en empresas mineras de carbón térmico. Para ello, se desarrolló un estudio de caso que incluye etapas como: descripción de la empresa, caracterización de la operación de despacho y la presentación de los componentes del estudio R&R, adaptado al ámbito del despacho de carbón. Para realizar el análisis estadístico, se utilizan datos del peso de la carga en toneladas despachados por la empresa analizada. Finalmente, se presentan las conclusiones que se obtienen del desarrollo. La figura 2, presenta el esquema metodológico utilizado para desarrollar el estudio de R&R en la actividad de pesado en la operación de despacho.
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para ejemplificar el uso de los estudios R&R en la actividad de pesado con báscula en la operación de despacho, se desarrolló un caso de estudio, basándose en una empresa minera de carbón térmico de escala mediana (tecnificación intermedia de las operaciones, y actividad principal la explotación). A partir del desarrollo planteado, se buscó obtener una marco metodológico que permitiera utilizar la técnica R&R, como herramienta de medición y control de la variabilidad de la báscula de despacho, lo cual debía impactar en la eficiencia, los costos de operación y la satisfacción de los clientes.
A continuación se presentan las diferentes etapas de la metodología propuesta.
4.1. Descripción de la empresa, logística y gestión de almacenes.
La empresa tomada como caso de estudio, explota en promedio 8.000 toneladas mensuales de carbón térmico para atender la demanda de diferentes empresas ubicadas en el Valle del Cauca, Antioquia y el Pacífico colombiano. El sistema logístico de esta empresa minera cubre los eslabones de explotación, beneficio, almacén (insumos y materiales), almacenamiento en patios o centro de distribución y transporte hasta el cliente final. En el eslabón de patio de almacenamiento, se realiza la operación de despacho y cargue de camiones, principalmente volquetas.
4.2. Caracterización de la operación de despacho, incluyendo la actividad de pesado de la carga.
La tabla 2 presenta la caracterización de la operación de despacho y pesaje, lo cual permite conocer el estado actual e identificar las oportunidades de mejora.
Cabe señalar que la adecuada planeación, ejecución y control de la operación logística de gestión de almacenes no solo permite garantizar que los pedidos enviados a los clientes cumplen con las condiciones negociadas, sino tambien el seguimiento a cabalidad de la normativa asociada al transporte de carga en Colombia.
De la caracterización anterior, se encontró que el peso de despacho aproximado es de 10 toneladas de carbón, el cual es transportado en volquetas principalmente. Adicionalmente, se consideró la necesidad de que para este tipo de operaciones, las empresas cuenten con tecnologías de la información y las comunicaciones empresariales (TIC's) (Van Den Berg, 2007; Correa y Gómez,2009; Zapata et al., 2010). Respecto, al personal en la operación de despacho, la empresa cuenta con un operario que se encarga de registrar la información de los pedidos, realizar y verificar el pesaje de la carga y coordinar el cargue de los vehículos.
El pesaje de los vehículos cargados en la operación de despacho, se realiza con una báscula por ejes, la cual se encuentra ubicada en el patio de almacenamiento de la empresa de minera.
4.3. Oportunidades de mejora en la medición y gestión de la variabilidad de la báscula en la operación de despacho.
En la operación de despacho, se identificó que frecuentemente se presentan las siguientes situaciones:
De la caracterización y la información presentada anteriormente, se identifica que la empresa presenta una oportunidad de mejora real, en la actividad de pesaje y carga de carbón.
Una vez identificadas las oportunidades de mejora, estas fueron analizadas considerando las características técnicas y económicas de la empresa, las necesidades de los clientes y las prácticas de despacho presentadas en libros y revistas científicas (Frazelle y Sojo, 2007; Baker y Cannessa, 2009; Gu et al., 2010).
Para desarrollar la propuesta de mejora, se propone la utilización del método estadístico de Repetibilidad y Replicabilidad (R&R), el cual permite estudiar, analizar y determinar la precisión de equipos e instrumentos de medición y la incidencia que tienen los operadores que hacen estas medidas.
4.4. Estudio R&R para la calibración de báscula de pesaje de carbón a despachar.
El estudio R&R busca determinar de manera experimental, que parte de la variabilidad total del pesaje se debe a la medición realizada por el operario, la báscula o las características del carbón a despachar. Esto permite verificar las oportunidades de mejora de manera cuantitativa, respecto a la variabilidad del sistema de pesaje. La figura 3 presenta la metodología que se utilizó en el estudio R&R.
A continuación, se desarrolla cada una de las etapas de la metodologia R&R para el pesaje de la operación de despacho en la empresa minera. El enfoque desarrollado se basa en las propuestas teóricas sobre metodos estadísticos de autores como: Montgomery (2004) y Gutiérrez y De la Vara (2009). Respecto al despacho, se consideran los aportes de autores como: Baker y Canessa (2009), Gómez (2011) y Gu et al. (2010).
Definir el problema u oportunidad de mejora: El objetivo del estudio es mejorar la precisión de la medición de la báscula de pesado, en la operación de despacho, para aumentar la satisfacción de los clientes, reducir costos y cumplir la normativa de transporte nacional.
Seleccionar dos o más operarios para realizar mediciones: Para realizar el estudio, la empresa toma la decisión de utilizar dos operarios. El primer operario (A), es la persona que normalmente realiza la medición del pesaje del carbón a despachar. El segundo operario (B), es un asistente del patio de almacenamiento, que ocasionalmente realiza despachos.
Seleccionar diez o más pedidos de carbón para despachar: Se decide seleccionar 12 pedidos de carbón para despacho, los cuales tienen características similares en su peso. Los pedidos que se utilizaron, se midieron en el periodo de un mes. La decisión del tamaño se basa en recomendaciones encontradas en la literatura (Montgomery, 2004; Gutiérrez y De La Vara, 2009).
Decidir el número de ensayo o veces que cada operario mide el pedido: En este caso, cada uno de los dos operarios realizará dos mediciones sobre la carga de carbón a despachar.
Planear y recolectar las mediciones con los diferentes operarios A y B, para seleccionar los doce pedidos para tomar las mediciones en la báscula por eje: Se desarrolló la siguiente estrategia: A cada pedido que llega a la empresa, se le asigna un número de identificación, es decir, el primer pedido que llega, se le asigna 01, el segundo 02, etc. A través de selección de números aleatorios, se obtienen los doce pedidos para medir el peso en el estudio. En este caso, utilizando Ms Excel, se obtuvieron los siguientes pedidos: 01, 04, 07, 08, 12, 13, 15, 17, 19, 20. Por las características asumidas en el estudio, se consideró que el tamaño de cada envío a despachar en peso se encuentra entre 7.5 y 11.5 Toneladas.
Respecto al planteamiento teórico de los estudios R&R, la recolección de los datos tiene la condición que los dos operarios deben medir el peso en la báscula para el mismo pedido. Esto se debe a que los pedidos se deben despachar casi inmediatamente después de ser pesados, y así atender las necesidades de carbón a los clientes en las condiciones pactadas.
En la tabla 3 se presentan las 12 mediciones, las cuales permitierón realizar el estudio estadístico que permite orientar decisiones y estrategias con la utilización del R&R en el despacho.
Realizar el análisis estadístico a través de la ANOVA: Para realizar el análisis estadístico de los datos medidos, se realizó la medición de la variabilidad, representada por la siguiente ecuación (Gutiérrez y De La Vara, 2009):
Se asume que s2repetibilidad = s2 báscula (b), ya que consiste en medir la variación o error que se presenta en el pesaje del carbón a despachar, cuando lo realiza un mismo operario, es decir, se repite la medición sobre la misma carga de carbón. Por su parte, s2reproducibilidad = s2oper(o) + s2carbón(c)x oper(o), permite medir la variación cuando se utilizan diferentes operarios que toman la medición en la báscula. Se debe indicar que se incluye la interacción entre la variabilidad de la carga de carbón con el operario, debido a que no se puede suponer la no interacción entre estos factores para el análisis estadístico, luego, esta no interacción debe probarse. Además, el modelo estadístico cumple con los supuestos de normalidad, independencia y varianza constante, lo cual garantiza la validez para el análisis de las mediciones del pesaje.
Para realizar el análisis de la precisión de la báscula, se utilizó un modelo factorial de efectos aleatorios ANOVA, sugerido por Montgomery (2004) y Gutiérrez y De La Vara (2009), lo cual implica medir la variación total en términos de sumas de cuadrados (SC), las cuales se expresan a continuación.
La repetibilidad de la operación de pesaje, es la suma de cuadrados del error, que corresponde a la variabilidad de la báscula utilizada por la empresa. Respecto a los grados de libertad del modelo factorial de efectos aleatorios, se tiene que:
Otro aspecto a considerar para realizar el análisis de variabilidad de la operación del pesaje, son los cuadrados medios (CM), el cual consiste en dividir cada uno de los componentes de las sumas de cuadrados (sc) por sus respectivos grados de libertad. Respecto a los estimadores de los componentes de varianza, se tiene que (Gutiérrez y De La Vara, 2009):
A partir de los estimadores de los componentes de la varianza (Ecuación 4), se realiza el análisis de la variabilidad que aporta la carga de carbón a despachar, el operario y la báscula utilizados en la operación de despacho de la empresa. Para realizar el análisis estadístico de la ANOVA, se utiliza el software estadístico Minitab 15 ®, el cual ofrece los siguientes resultados.
De la tabla ANOVA, se identifica que la interacción entre el pedido de carbón y los operarios (A y B) no es significativa, al igual que con los operarios A y B, ya que sus valores p son menores al 5% (0.05). Esta situación conlleva a profundizar el análisis sobre la báscula, a la que se asocia la variación que se mide por la repetibilidad.
Para determinar la contribución al problema de pesaje en el despacho de la empresa, se analizan los siguientes indicadores estadísticos:
Para analizar los resultados, se deben tener en cuenta los siguientes criterios, sugeridos por Botero et al. (2007):
En este caso, se debe considerar para el análisis, que R&R es representado por el valor del estadístico % var. estudio.
Del análisis del procentaje de contribución, se puede indicar que un 16.41% de la variación total que se presenta en el pesaje se debe a la báscula, lo cual confirma la sospecha que su calibración actual no ofrece la precisión adecuada para garantizar que los pedidos lleguen en las cantidades acordadas. Adicionalmente, la variación de los operarios A y B relacionada con la replicabilidad es del 0.0%, por lo cual se confirma que estos no afectan las mediciones en la báscula con el carbón despachado, tal y como se puede concluir con la ANOVA.
Respecto al % de variación del estudio, se puede concluir que un 40.51% de variación de la repetibilidad en la medición del pesaje, se debe a la báscula, lo cual conlleva a concluir que este equipo es inaceptable para esta operación de despacho, ya que esta está orientada a la satisfacción de los clientes y a obtener costos adecuados de transporte, como se indicó anteriormente. Ademas, considerando la evaluación de los criterios planteados por Botero et al. (2007), el sistema de medición del pesaje se considera inadecuado para la empresa, ya que él % variación del estudio es mayor a 30%, lo cual indica que la variabilidad que aporta la báscula (repetibilidad) está causando problemas en la atención a clientes y altos costos, tal y como se afirmó anteriormente.
4.5. Propuestas de mejora al pesaje en la operación de despacho.
A partir de la identificación de la problemática asociada al pesaje en la operación de despacho, y la alta variabilidad asociada al equipo de pesaje, se realizan las siguientes propuestas de mejora:
5. CONCLUSIONES
REFERENCIAS
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