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Supply Chain Optimization. Part I. Edited by Lazaros G. Papageorgiou and Michael C. Georgiadis
Copyright © 2008 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim
ISBN: 978-3-527-31693-9
Fig. 3.1 Representación esquemática de la cadena de suministro con flujos financieros y efectos ambientales.
Tabla 3.1 Emisiones de CO2 por diferentes sectores en EE. UU. en 2004 [1].
y los desechos generados después de que el producto es consumido por los clientes, como se muestra en la Fig. 3.1.
La calidad de las materias primas tiene un efecto significativo en el rendimiento ambiental de los sistemas de cadena de suministro. Las materias primas contienen impurezas que pueden ser perjudiciales para el medio ambiente. Por ejemplo, es posible generar electricidad o vapor utilizando diferentes combustibles, como gas natural, aceites con diferentes composiciones y carbón con diferentes composiciones en una cadena de suministro de energía que opere con combustibles fósiles convencionales. Diferentes combustibles pueden contener diferentes contenidos de azufre, lo que resulta en diversos efectos sobre el medio ambiente. Los sistemas de producción generalmente generan desechos en forma gaseosa, líquida o sólida. Aunque en algunos casos se trata parte de estos desechos, la mayoría se libera al medio ambiente. Los sistemas de almacenamiento y manejo de materiales en los centros de distribución generan sustancias ambientalmente dañinas durante su operación. Por ejemplo, un sistema de almacenamiento de alimentos necesita operar a bajas temperaturas, lo que requiere energía y agentes refrigerantes. Los minoristas suelen vender los productos en empaques que son atractivos para los clientes. La mayoría del material de empaque generalmente termina en la naturaleza sin ser reciclado adecuadamente o utilizando instalaciones de eliminación de desechos. El cliente genera desechos después de consumir los productos. Los desechos del producto son generalmente perjudiciales para el medio ambiente. Por ejemplo, cuando la vida de los equipos electrónicos ha terminado, contienen cantidades significativas de metales y otras sustancias ambientalmente dañinas. El sistema de transporte también genera sustancias ambientalmente dañinas a través de las emisiones de los vehículos en el sistema.
Tradicionalmente, los sistemas de cadena de suministro han sido analizados con el objetivo de consideraciones financieras, como la minimización de costos o la maximización de beneficios. Sin embargo, un sistema de cadena de suministro eficiente y responsivo necesita incluir consideraciones ambientales para la sostenibilidad [2]. El rendimiento ambiental de los sistemas de cadena de suministro se puede lograr al centrarse en una mejor gestión de los recursos disponibles en la cadena de suministro [3].
Examinamos los problemas ambientales en los sistemas de cadena de suministro en tres categorías:
Los enfoques centrados en el producto se centran en el diseño del producto para minimizar el uso de materiales ambientalmente dañinos en el producto y la recuperación y reutilización del producto después de que ha sido consumido por el usuario final [4]. El objetivo de los enfoques centrados en el producto es eliminar que el producto se convierta en desecho después de que ha completado su vida útil. Estos enfoques incluyen cadenas de suministro de ciclo cerrado donde el producto se recupera para reutilización/reciclaje y logística inversa que incluye la planificación de la infraestructura logística de los productos.
Los enfoques centrados en el sistema de producción consideran la selección de materias primas y el diseño de los sistemas de producción para minimizar el impacto ambiental [5]. El objetivo de los enfoques centrados en el sistema de producción es diseñar el sistema de producción de manera que sea lo suficientemente flexible para eliminar o reducir la generación de desechos. Uno de los mecanismos es el uso de diferentes materias primas. Otros mecanismos incluyen cambiar la configuración del equipo o las condiciones operativas del sistema de proceso para reducir la generación de desechos.
Los enfoques centrados en el transporte consideran el uso de diferentes sistemas de transporte que reducirían los efectos ambientales. Por ejemplo, siempre que sea posible, utilizar el transporte por ferrocarril o marítimo podría reducir la emisión de gases de efecto invernadero (GEI).
Las cadenas de suministro de ciclo cerrado tienen como objetivo eliminar que el producto o algunas partes del producto se conviertan en desechos después de que el producto ha completado su vida útil. La vida del producto termina cuando este pierde sus funciones. Debido a la aceleración de la velocidad de innovación en ciertas industrias, el ciclo de vida de muchos productos modernos se ha acortado. Cuando un producto completa su ciclo de vida, es necesario procesar el producto en diferentes instalaciones y evitar que se convierta en un desecho completo. Por lo tanto, es necesario extender la cadena de suministro clásica para incluir la recuperación y procesamiento del producto para una gestión ambientalmente consciente de la cadena de suministro. Un sistema típico de cadena de suministro de ciclo cerrado se muestra en la Fig. 3.2.
Las cadenas de suministro de ciclo cerrado incluyen la recolección de desechos, la remanufactura del producto, el desensamblaje del producto, la restauración de partes y los nodos de eliminación de desechos, además de los proveedores, fabricantes, centros de distribución y minoristas [6, 7]. Los productos se recogen en los sitios de recolección y se inspeccionan para verificar su estado. Si un producto puede ser reutilizado cambiando un pequeño número de partes, el producto se envía al nodo de remanufactura, donde se reemplazan las piezas viejas por nuevas. Estos productos se envían a centros de distribución y se venden como productos remanufacturados en los puntos de venta al por menor. Las piezas que se reemplazan por nuevas se envían a sitios de restauración para una inspección adicional. Si un producto requiere el cambio/reparación de partes principales, se desensambla en diferentes partes. Las piezas que no se pueden reparar o reutilizar se envían a instalaciones de eliminación de desechos. Las partes restantes se inspeccionan en el sitio de restauración para su reparación o eliminación. Las partes que se pueden reutilizar en el producto (nuevas o remanufacturadas) se almacenan como inventario de piezas.
Las cadenas de suministro de ciclo cerrado son fundamentales para minimizar los efectos de los productos que completan su ciclo de vida. Además de los beneficios ambientales, también es posible generar algunos beneficios financieros a partir de las cadenas de suministro de ciclo cerrado. La venta de productos remanufacturados o restaurados se está convirtiendo en una práctica habitual en las industrias electrónica y de computación.
Fig. 3.2 Representación esquemática de una cadena de suministro típica de circuito cerrado.
El objetivo de la producción ambientalmente consciente es diseñar y operar el sistema de producción para eliminar o reducir la generación de desechos. Esto se puede lograr utilizando diferentes materias primas cuando el sistema de producción es flexible, cambiando la configuración del equipo o las condiciones de operación del sistema de procesos para reducir la generación de desechos. Dado que la energía tiene efectos significativos en la vida moderna, los enfoques de producción ambientalmente consciente se pueden ilustrar en las cadenas de suministro de energía.
La cadena de suministro de energía consiste en materias primas, instalaciones de producción y demandas de productos finales, es decir, energía. Más de un tercio de todo el consumo de energía primaria se destina a la producción y entrega de electricidad, y la mayor parte del consumo de energía primaria del mundo proviene de combustibles fósiles, como el carbón, el gas natural y el petróleo, según el Informe de la Administración de Información de Energía (EIA) [8]. La quema de combustibles fósiles libera emisiones que son perjudiciales para el medio ambiente. Estas emisiones se pueden clasificar en dos grupos principales: las emisiones de SOx y las emisiones equivalentes de CO2. Las emisiones equivalentes de SOx son partículas que se cuantifican estrictamente y se limitan con ciertas regulaciones. La situación con las emisiones equivalentes de CO2 es diferente; se trata de gases que tienen efecto sobre el calentamiento global, es decir, gases de efecto invernadero (GEI). El Protocolo de Kioto establece límites obligatorios sobre la emisión de GEI por parte de los países industrializados durante el período 2008–2012 [9]. Los límites se aplican a un agregado de emisiones de seis gases cubiertos en el protocolo en unidades equivalentes de CO2.
Según el Informe de la Administración de Información de Energía (EIA), más del 80 por ciento de las emisiones de gases de efecto invernadero de origen humano están relacionadas con la energía [1]. Por lo tanto, la producción y el consumo de electricidad son probablemente un enfoque principal para cumplir con los Objetivos de Kioto. Los sistemas de producción de electricidad y los investigadores buscan soluciones adecuadas para reducir las emisiones sin sacrificar la cantidad de producción de energía y los bajos precios de producción.
Dado que la producción y gestión de energía son muy importantes, ha habido una extensa investigación sobre la planificación y la toma de decisiones en las cadenas de suministro de energía. Utilizar la infraestructura existente de manera más efectiva puede generar beneficios rápidamente en la búsqueda de bajas emisiones y precios bajos. Los criterios de rendimiento primarios en las cadenas de suministro de energía son la minimización de los costos y la minimización de las emisiones de GEI al medio ambiente, que están en conflicto entre sí. El problema de optimización multiobjetivo se puede representar utilizando un marco de programación disyuntiva generalizada [10, 11] de la siguiente manera:
Fig. 3.3 Diagrama de flujo de un sistema de producción de energía.
environmentallyConsciousSupplyChainManagement.p30
El problema de optimización multiobjetivo dado en la Ecuación (3.1) incluye variables de decisión discretas y continuas. Las decisiones discretas se modelan utilizando variables booleanas, \( Y_k \), y las relaciones entre las variables booleanas y las restricciones se modelan utilizando disyunciones. Las disyunciones modelan la operación de los nodos en el sistema de producción de energía, como se muestra en la Fig. 3.3. Los modelos detallados para los nodos en los sistemas de producción de energía que utilizan combustibles fósiles se presentan en las secciones siguientes. Los modelos incluyen tres cursos de acción simultáneamente para buscar soluciones eficientes que minimicen el costo total (\( zCOST \)) y minimicen la emisión de gases de efecto invernadero (\( zGHG \)):
Los modelos para los sistemas de producción de energía se presentan con el objetivo de evaluar el análisis de sinergia que se realizó en el capítulo anterior con sistemas que se asemejan a sistemas reales. Un sistema típico de producción de energía consta de tanques de almacenamiento para inventariar materias primas, calderas que convierten combustible en vapor a alta presión, turbinas que expanden vapor de alta presión a vapor de baja presión y convierten la energía mecánica liberada durante esta expansión en electricidad, y equipos de mezcla para mezclar materiales compatibles provenientes de diferentes fuentes en el sistema. Los sistemas energéticos utilizan combustible, aire y otros materiales para generar electricidad y varios grados de vapor: vapor de alta presión (HP), vapor de presión media (MP) y vapor de baja presión (LP). La modelización de los sistemas energéticos ha sido abordada en la literatura [12, 13]. Los modelos matemáticos para el equipo común en los sistemas de producción de energía se resumen en las secciones siguientes.
La generación de vapor HP se realiza en las calderas quemando combustible, lo que resulta en la emisión de sustancias nocivas como GEI o SOx. Las calderas pueden ser suministradas con diferentes combustibles como materia prima con ajustes mínimos en las condiciones de operación. Esto requiere la selección de un combustible económicamente y/o ambientalmente atractivo entre las alternativas disponibles. Las alternativas pueden ser aceite sin azufre, aceite pesado, etc., que difieren en contenido calórico, emisiones nocivas y costo. Cuando aparecen restricciones ambientales, las empresas intentan encontrar nuevas alternativas para producir energía con emisiones mínimas. El biodiésel es un combustible alternativo no tóxico hecho de grasas renovables y aceites vegetales con un rendimiento ligeramente inferior al del diésel a base de petróleo. Libre de azufre y aromáticos, puede utilizarse en motores y calderas con pocas o ninguna modificación. Una mezcla de biodiésel es biodiésel puro mezclado con diésel de petróleo. Las mezclas de hasta el 20 % de biodiésel son compatibles con todos los tanques y calderas de aceite conocidos. La compatibilidad de mezclas de biodiésel más altas depende de las propiedades de los materiales de los tanques, bombas y líneas de combustible. El costo de compra del biodiésel es un poco más alto que el del diésel de petróleo y el costo de mantenimiento es mayor debido a sus propiedades materiales [14]. El biodiésel solo se puede mezclar con un tipo de combustible y los otros combustibles no se pueden mezclar entre sí. Los modelos de calderas consisten en las siguientes ecuaciones.
environmentallyConsciousSupplyChainManagement.p39
Las turbinas generan electricidad al expandir vapor de altas presiones a bajas presiones. Reciben vapor HP y producen electricidad, así como vapor MP y LP. La generación de electricidad en una turbina es una función de la entrada de vapor HP y la generación de vapor MP y LP, como se muestra en la Ecuación (3.11). El balance de material alrededor de las turbinas se expresa en la Ecuación (3.12). La Ecuación (3.13) determina los límites superior e inferior de la generación de MP, LP y electricidad en las turbinas, si la turbina está funcionando. Los parámetros, eijk y gijk, pueden obtenerse de las especificaciones de diseño de la turbina o de los datos operativos de turbinas existentes.
Diferentes tipos de combustible se almacenan en tanques de combustible con ciertas capacidades de almacenamiento e inventario inicial, Iijk0. La Ecuación (3.14) modela el balance entre un tanque y las calderas que utilizan el combustible. El balance de materiales alrededor de un tanque de combustible se modela mediante la Ecuación (3.15), de manera que la tasa de flujo fuera de los tanques multiplicada por la duración del período t, más el inventario en el tiempo t, es igual al combustible entrante más el combustible restante del período anterior. La Ecuación (3.16) es equivalente a la Ecuación (3.15) para el primer período de tiempo. La Ecuación (3.17) impone que el inventario en cualquier período debe estar entre la capacidad total de almacenamiento del tanque de combustible y el nivel de stock de seguridad. La variable binaria YPijkt es igual a 1 si se compra el combustible k para el tanque j de la empresa i en el período t. Existe un límite superior e inferior para la cantidad de combustible comprado, como se muestra en la Ecuación (3.18). El costo del combustible comprado se modela en la Ecuación (3.19). La Ecuación (3.20) modela el costo fijo de compra en términos del costo fijo de compra νij k y la variable binaria YPijkt. Finalmente,
la Ecuación (3.21) modela el costo de mantenimiento del inventario de combustible, HCt, en términos del costo unitario de mantenimiento, hij k, y el nivel de inventario, Iij kt.
Los mezcladores reciben y envían un tipo de material de y a diferentes unidades. Hay un mezclador para cada tipo de material en el sistema. La Ecuación (3.22) representa los balances de materiales alrededor de los mezcladores. En un mezclador de vapor, la cantidad total de vapor que fluye hacia el mezclador desde las calderas, desde otros mezcladores y desde otras empresas es igual a la cantidad total de vapor que fluye desde el mezclador hacia las turbinas, hacia las calderas, hacia otros mezcladores, hacia otras empresas y la demanda.
Las calderas liberan GHG y SOx como productos residuales que resultan de la quema de combustibles. Un modelo para sistemas de producción de energía debe incluir límites ambientales. Las Ecuaciones (3.23) y (3.24) establecen que las liberaciones totales de las empresas deben ser menores que la suma de sus límites. Los límites de emisión de SOx no están incluidos en el Protocolo de Kioto, pero están determinados por regulaciones locales. Las emisiones totales de SOx y GHG se calculan durante todos los períodos. Aquí, la emisión se calcula multiplicando la tasa de emisión por la duración del período t, nt. La Ecuación (3.25) modela el costo de penalización por la liberación de SOx. Aunque las empresas deben disminuir los niveles de emisiones de GHG de acuerdo con el Protocolo de Kioto, mientras estén por debajo de los límites, no pagan penalización por las emisiones de GHG.
La Ecuación (3.26) relaciona los estados de los materiales para reflejar la conservación de la masa. Con el fin de mantener la consistencia en los balances de materiales, la Ecuación (3.27) fija algunos de los estados de los materiales a cero (por ejemplo, el vapor HP no se consume y no es una entrada a las calderas, por lo que estas variables se fijan a cero).
Las empresas pueden comprar electricidad de la compañía de servicios públicos y vender el exceso de electricidad a la misma compañía. Este intercambio se modela como una actividad de intercambio entre la empresa productora de energía y la compañía de servicios públicos. El parámetro εij i′j ′ es positivo para la compra y negativo para la venta de electricidad. El costo de electricidad para cada empresa se determina con la Ecuación (3.28).
Si una caldera o una turbina de una empresa está en operación en el período t, la empresa gasta una cantidad fija de dinero. El costo operativo se modela para calderas y turbinas con la Ecuación (3.29). Mientras una unidad de proceso no trabaja en un período y trabaja en el siguiente, la empresa paga un costo fijo por la operación de puesta en marcha. El costo de puesta en marcha para calderas y turbinas se modela con la Ecuación (3.30). La Ecuación (3.31) modela el momento de la puesta en marcha de tal manera que, si una unidad no trabaja en un período y trabaja en el siguiente, el siguiente período debe ser un período de puesta en marcha.
La captura y secuestro de carbono (CCS) implica capturar emisiones de carbono de las calderas de calderas basadas en combustibles fósiles y luego inyectarlas bajo tierra. Existen tres sistemas de diseño básicos: postcombustión, combustión con oxígeno y precombustión. La captura postcombustión tiene un papel importante en hacer que los sistemas de producción de energía basados en combustibles fósiles sean ambientalmente amigables en el período de transición, ya que puede capturar las emisiones de escape liberadas de la planta. Por lo tanto, esta tecnología se considera una alternativa para reducir aún más las emisiones en el modelo. Benson indica que tiene una 'penalización energética' que consume hasta el 30% de la electricidad producida. El carbono separado puede ser secuestrado en reservorios de petróleo y gas agotados, reservorios de carbón y formaciones llenas de agua salada. Burrus estima que solo los reservorios de petróleo y gas agotados tienen una capacidad para 40-50 años de inyección. El sistema CCS es una inversión muy complicada y costosa, además de su penalización energética. Sin embargo, a medida que la tecnología madura, se espera que los costos de inversión disminuyan.
El sistema CCS puede ser construido por las empresas como una tecnología de bajo carbono. El sistema CCS no se modela como una nueva unidad en el sistema; su existencia se modela a través de las interacciones entre disyunciones y variables booleanas. El sistema CCS puede capturar los materiales equivalentes a CO2 emitidos por las calderas en diferentes porcentajes de combustible de diferentes tipos de combustibles. La tasa de captura del gas natural es aproximadamente el doble de la tasa de captura del diésel. Dado que el tipo de combustible utilizado y la existencia del sistema CCS deben distinguirse, se define una nueva variable que representa el tipo de combustible utilizado en la caldera bajo la existencia o ausencia del sistema CCS, Fijkct. Además, dado que la emisión de GHG a la atmósfera depende de la existencia del CCS, se introduce una nueva variable para las emisiones de GHG, desagregada por el índice c, que indica si se instalará o no un sistema CCS, representada por Gijkct.
La Ecuación (3.32) establece que la suma total de las variables de GHG desagregadas es igual a las emisiones totales de GHG, y la Ecuación (3.33) establece que la suma total de las variables de consumo de combustible desagregadas es igual al consumo total de combustible. La Ecuación (3.34) establece el valor de las emisiones de GHG con y sin el sistema CCS con los parámetros de emisión de GHG actualizados. Las Ecuaciones (3.35) y (3.36) regulan las emisiones de GHG según si existe o no un sistema CCS para una empresa i, denotado por CCEit. La Ecuación (3.37) asegura la existencia de CCS en el período t si se ha construido antes de t, y la Ecuación (3.38) limita la construcción de CCS para una empresa i con 1.
El CCS en un sistema de producción de energía utiliza parte de la electricidad producida en las turbinas. Para incorporar esto en el modelo, la producción de las turbinas también se desagregó según la existencia del CCS.
El objetivo financiero es la minimización del costo total que consiste en el costo del combustible comprado, el costo fijo de compra, el costo de mantenimiento del combustible, el costo de instalación del equipo de intercambio, la penalización por la liberación de SOx y el costo de compra de electricidad.
El objetivo ambiental consiste en las emisiones de GHG del sistema de producción de energía.
Para comprender con precisión el comportamiento del modelo, se resuelve el modelo para una empresa productora de energía cuyo esquema de flujo se presenta en la Fig. 3.3. El sistema de producción de energía tiene tres tanques de combustible, dos calderas, dos turbinas y un mezclador para cada nivel de presión de vapor. El sistema de producción de energía del ejemplo se optimiza utilizando el modelo matemático dado en las Ecuaciones (3.2)–(3.40). Dado que el modelo de optimización resultante es un problema de optimización multiobjetivo con variables enteras mixtas, la frontera eficiente que incluye la colección de soluciones no inferiores presenta huecos, como se muestra en la Fig. 3.4. La frontera eficiente se genera con el método de ε-Restricción [18].
Una consideración importante es la instalación del sistema CCS. El sistema CCS es capaz de reducir las emisiones totales de GHG mientras aumenta significativamente los costos, lo que resulta en otro hueco en la frontera eficiente. El primer hueco en la frontera eficiente mostrado en la Fig. 3.4 corresponde a la decisión discreta de instalar un sistema CCS. Otra decisión importante a examinar es el uso de biocombustibles. Aunque el biocombustible tiene un menor poder calorífico en comparación con los combustibles fósiles, su uso reduce las emisiones de GHG, aunque aumente el costo en el ejemplo ilustrativo. Esto corresponde al segundo hueco en la frontera eficiente mostrado en la Fig. 3.4. El último hueco en la frontera eficiente corresponde al uso de diferentes combustibles fósiles.
Cuando el tomador de decisiones no desea degradar ninguno de los objetivos, el método de búsqueda de solución ideal comprometida proporciona una guía para el proceso de selección. El objetivo del método de búsqueda de solución ideal es encontrar la solución más cercana al punto utópico [19]. La distancia debe diseñarse para tratar por igual todos los valores de los objetivos, por lo que deben normalizarse entre 0 y 1. La siguiente normalización puede aplicarse a todos los puntos (para todos i = 1, . . . , I) en la frontera eficiente:
Fig. 3.4 La frontera eficiente para el problema en el ejemplo ilustrativo.
La distancia (δp) entre el punto utópico y los puntos eficientes se define con la Ecuación (3.42), donde p es el orden de la norma:
La distancia depende del valor particular de la norma, p. Por ejemplo, para p = 2, la distancia es la distancia euclidiana que se puede formular como en la Ecuación (3.43).
Usar p = 2 hace que el modelo sea no lineal debido a las funciones cuadradas y de raíz de los valores normalizados. Sin embargo, seleccionar las normas p = 1 y p → ∞ dará las siguientes desviaciones del punto utópico:
La Ecuación (3.44) sugiere usar distancias rectilíneas y la Ecuación (3.45) sugiere usar distancias minimax. La Ecuación (3.45) se puede formular como la Ecuación (3.46).
Al seleccionar las normas p = 1 y p → ∞, las formulaciones no cambian la estructura lineal mixta del modelo, ya que las Ecuaciones (3.44) y (3.45) son lineales. Las soluciones óptimas para p = 1 y p = ∞ proporcionan límites inferiores y superiores, respectivamente, para la suma de desviaciones fraccionarias del punto utópico [19]. Si no hay otro criterio específico para la selección de un punto eficiente, el tomador de decisiones puede utilizar p = 1 si desea minimizar el total de desplazamientos desde los valores mínimos para los objetivos ambientales y económicos. Y el tomador de decisiones puede utilizar p → ∞ si desea minimizar los desplazamientos máximos de las funciones objetivo desde el punto utópico. Con el fin de brindar al tomador de decisiones la flexibilidad de seleccionar una solución deseada en el conjunto eficiente, se prefiere encontrar una muestra del conjunto eficiente y tomar decisiones a partir de este conjunto en lugar del método de mejor compromiso.
Los sistemas de transporte son componentes esenciales para realizar la transferencia de materiales entre los nodos de las cadenas de suministro. Además de incurrir en costos, los sistemas de transporte tienen una participación significativa en las emisiones totales de CO2, como se muestra en la Tabla 3.1. Dado que el transporte tiene fuertes efectos en el rendimiento financiero y ambiental de las cadenas de suministro, las mejoras financieras y ambientales en los sistemas de transporte resultan en mejoras en el rendimiento de las cadenas de suministro.Las actividades de transporte se llevan a cabo utilizando los siguientes modos:
environmentallyConsciousSupplyChainManagement.p73-2
Se puede utilizar un modo único o una combinación de diferentes modos de transporte en una cadena de suministro, dependiendo de los enlaces entre los nodos de la cadena de suministro. Si se deben transportar grandes cantidades de líquido entre un proveedor y un centro de producción, entonces es posible utilizar únicamente el transporte por tubería cuando estos dos nodos están vinculados mediante una tubería. Cuando estos nodos no están directamente vinculados entre sí con una tubería, entonces es necesario utilizar una combinación de diferentes modos. Por ejemplo, las cadenas de suministro de petróleo utilizan enlaces por tubería para transferir petróleo entre la fuente y los puertos marítimos, y luego se utiliza el transporte marítimo para transportar el petróleo desde el puerto marítimo hasta el centro de producción. Otro ejemplo son las cadenas de suministro de automóviles donde se utiliza una combinación de transporte marítimo, ferroviario y por carretera para entregar automóviles terminados desde los centros de producción a los clientes. Las cadenas de suministro modernas buscan continuamente mejorar la eficiencia financiera de sus sistemas de transporte.
El uso de diferentes modos de transporte de manera integrada es un enfoque eficiente para mejorar la eficiencia financiera de los sistemas de transporte. El transporte intermodal es la integración de más de un modo de transporte (carretera, ferroviario, marítimo, aéreo y tubería) en una sola cadena de transporte [20]. El costo unitario de transporte en un entorno intermodal ofrece ventajas financieras sobre el transporte de modo único. Diferentes modos de transporte tienen diferentes estructuras de costos por unidad de distancia recorrida. Además, se incurren costos fijos de configuración y cambio de modo cuando se cambia el modo de transporte en las terminales. Dado que cambiar modos de transporte en las terminales no implica el desplazamiento de material hacia el destino, los costos de configuración y cambio se suman a los costos totales y juegan un papel crítico en determinar si el transporte intermodal es ventajoso o no. Más allá de un cierto punto de equilibrio, el transporte intermodal se vuelve económicamente más ventajoso que el transporte de modo único, como se muestra en la Fig. 3.5.
Además de las ventajas financieras, el transporte intermodal tiene ventajas ambientales. Una ventaja ambiental importante es la emisión de CO2. Al igual que el costo del transporte, diferentes modos de transporte tienen diferentes niveles de emisión por distancia y peso de material transportado. Entre los modos de transporte, las emisiones de CO2 por unidad de distancia y por unidad de peso pueden clasificarse de la siguiente manera, de mayor a menor:
Cambiar modos de transporte en las terminales implica el uso de equipos de manipulación de materiales como grúas y montacargas; las emisiones de estos equipos no contribuyen al desplazamiento del material hacia el destino, y se observa un aumento discreto en las emisiones de CO2. Más allá de un cierto punto de equilibrio, el transporte intermodal se vuelve ambientalmente más ventajoso que el transporte de modo único, como se muestra en la Fig. 3.6.
El éxito del transporte intermodal depende en gran medida de la solución eficiente de dos problemas: el diseño e instalación de terminales y puertos que integren diferentes modos de transporte y la programación de viajes. El primer problema implica decisiones a nivel estratégico, mientras que el segundo problema involucra decisiones a nivel operativo.
Fig. 3.5 Costo del transporte en un entorno intermodal.
Fig. 3.6 Emisión de CO2 en el transporte intermodal.
Macharis y Bontekoning [21] discuten las decisiones a nivel estratégico en el transporte intermodal, incluyendo la ubicación y el diseño de las instalaciones y el dimensionamiento de la flota. Newman y Yano [22, 23] analizan las decisiones a nivel operativo y comparan los enfoques de programación distribuida y centralizada en el transporte intermodal. Recomiendan la programación centralizada, aunque es poco práctica de implementar en una situación realista.
El transporte intermodal es un enfoque muy interesante en el transporte, ya que implica ventajas económicas y ambientales simultáneamente. Es posible reducir el costo total del transporte mientras se disminuyen las emisiones de CO2 con el transporte intermodal.
El éxito en los sistemas de cadenas de suministro no solo depende de la capacidad de entregar el material a los clientes a tiempo y con el costo mínimo, sino también con el mínimo impacto en el medio ambiente. Este hecho obliga a muchos sistemas contemporáneos de cadenas de suministro a prestar más atención a los efectos que están teniendo en el medio ambiente. Los principales efectos ambientales de un sistema de cadena de suministro pueden clasificarse en tres categorías:
Se estudian tres enfoques diferentes en este capítulo para mejorar el rendimiento ambiental de los sistemas de cadenas de suministro, además del rendimiento económico. Los enfoques centrados en el producto implican evitar el uso de materiales perjudiciales para el medio ambiente en la etapa de diseño del producto y la recuperación y reutilización del producto después de que ha sido consumido por el usuario final. Las cadenas de suministro de circuito cerrado se examinan en detalle para los enfoques centrados en el producto. Los enfoques centrados en el sistema de producción consideran la selección de materias primas y el diseño de los sistemas de producción para minimizar el impacto ambiental. Los sistemas de producción de energía se consideran para ilustrar los efectos económicos y ambientales de utilizar diferentes materias primas, incluidos los biocombustibles y la adición de nuevos equipos al proceso de producción. Los enfoques centrados en el transporte consideran el uso de diferentes sistemas de transporte que reducirían los efectos ambientales.
Se agradece el apoyo financiero para este trabajo por parte del Proyecto de Carrera TUBITAK 104M322.