Descarga la aplicación para disfrutar aún más
Vista previa del material en texto
Investigación Operativa Administración de Inventarios Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Jujuy, Jujuy, AR Profesor: Ing. Carlos A. Martin E-mail: ing_carlos_martin@hotmail.com Unidad XII: Administración de Inventarios Introducción. Modalidades. Principales variables y parámetros. Modelos Deterministas de Inventario y Cantidad Económica de Pedido: Primer Caso-Modelo básico de cantidad de económica de pedido. Segundo Caso Modelo de cantidad económica de pedido con demandas que se pueden volver a pedir. Tercer Caso-Modelo de cantidad económica de pedido con tasa constante. Incorporación de factores reales. Demora en la entrega de los pedidos. El costo de Ruptura y el volumen de pedido. Determinación del Stock de protección o de seguridad. Sensibilidad. Cuarto Caso-Cálculo de la cantidad óptima de pedido cuando se permiten descuentos por volumen. Modelo de múltiples artículos con limitaciones en el almacén. Cuándo aplicar los modelos de cantidad económica de pedido. Modelos Probabilistas de Inventario: Administración de Inventarios cuando el tiempo de reaprovisionamiento es aleatorio (nivel de reorden e inventario de seguridad). Ing. Carlos Martin Unidad XII: Administración de Inventarios Administración de Inventarios cuando la demanda es aleatoria: Primer caso-stock inicial mayor a la demanda: La demanda es una variable aleatoria discreta. La demanda es una variable aleatoria continua. Segundo caso-demanda mayor que el stock inicial: La demanda es una variable aleatoria discreta. La demanda es una variable aleatoria continua. Técnicas inherentes a la administración de inventarios: Sistema de clasificación ABC de inventario. Planificación de la necesidad de materiales (MRP). El método JIT (justo a tiempo) para la producción. Modelos estocásticos: Modelos de revisión continua. Modelo del vendedor de periódicos. Ejemplos. Práctica. Ing. Carlos Martin Investigación Operativa Modelos Deterministas de Inventario Cantidad Económica de Pedido Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Jujuy, Jujuy, AR Comenzamos por analizar algunos conceptos importantes que se usan para representar modelos de inventario y, a continuación, elaboramos versiones del famoso modelo de cantidad económica de pedido que se puede utilizar para tomar decisiones óptimas respecto a existencias, cuando la demanda es determinista (o sea, que se puede predecir). Ing. Carlos Martin Introducción a los modelos básicos de inventarios Para cumplir a tiempo con la demanda, las empresas mantienen con frecuencia existencias a la espera de su venta. El objeto de la teoría de inventarios es determinar reglas que pueda aplicar la gerencia para reducir al mínimo los costos relacionados con el mantenimiento de existencias y cumplir con la demanda del consumidor. Los modelos de inventario responden las siguientes preguntas: (1) Cuándo se debe pedir un producto? (2) Cuánto se debe pedir del producto? Ing. Carlos Martin Costos de los modelos de inventarios En los modelos de inventarios que se examinaran se consideran algunos o todos los costos que se mencionan a continuación: Costo de orden y preparación Muchos costos relacionados con la colocación de un pedido o la producción interna de un bien no dependen del tamaño del pedido o del volumen de la corrida de producción. A los costos de este tipo se les llama costos de orden y preparación. Por ejemplo, el costo de orden comprendería el costo de la papelería y la facturación relacionados con ese pedido. Si el producto se fabrica internamente y no es necesario pedirlo a una fuente externa, estarían incluidos en ese costo el de la mano de obra y tiempo muerto necesarios para poner a trabajar y parar una máquina para tener una corrida de producción. Ing. Carlos Martin Costo unitario de compra Es sencillamente el costo variable relacionado con la compra de una unidad. Por lo común, el costo unitario de compra comprende: • el costo variable de mano de obra, • costo variable indirecto y • costo de materia prima relacionado con la compra o producción de una unidad. • costo de embarque (si los artículos se piden a una fuente externa) Ing. Carlos Martin Costo de almacenamiento Es el costo de tener una unidad de inventario durante un lapso unitario. Si el lapso es un año, el costo de almacenamiento estará expresado en unidades monetarias por unidad por año. Este costo comprende, en general, • el costo del almacenamiento mismo, • el de seguro, • impuestos sobre existencias y • un costo debido a la posibilidad de degradación, robo u obsolescencia. • costo de oportunidad (es el componente más importante del costo de almacenamiento incurrido por sujetar el capital al inventario). Ing. Carlos Martin Costo de almacenamiento Por ejemplo, supongamos que una unidad de producto cuesta 100 dólares y que la empresa puede ganar 15% anual en sus inversiones. Entonces, si se mantiene una unidad en inventario durante un año el costo para la empresa será: 0,15 x (100 dólares) = 15 dólares. Cuando las tasas de interés son altas, la mayor parte de las empresas suponen que su costo anual de almacenamiento es de 20 a 40% del costo unitario de compra. Ing. Carlos Martin Costo de agotamiento o escasez Cuando un cliente pide un producto y su demanda no se cumple a tiempo, se dice que hay escasez, agotamiento o falta . Si los clientes aceptan entrega a fecha posterior, sin importar lo retrasado de la fecha, decimos que las demandas pueden volver a pedirse o que es un pedido atrasado. • El caso en el que se permiten pedidos atrasados se llama con frecuencia caso de demanda acumulada . • Si los clientes no aceptan entregas atrasadas, se tiene el caso de pérdida de ventas. • El caso real queda entre estos dos extremos, pero si se determinan las políticas óptimas de inventarios para los casos de demanda acumulada como de ventas perdidas, podemos tener un cálculo aproximado cuál debe ser la política óptima de inventarios. Ing. Carlos Martin Costo de agotamiento o escasez Muchos costos están relacionados con la escasez. Si se permite volver a hacer un pedido, éste representa, en general, un costo adicional. La escasez provoca con frecuencia que los clientes acudan a cualquier otro lugar para satisfacer sus demandas actual y futura, lo que origina pérdida de ventas y pérdida de buena voluntad. La escasez puede hacer, también, que una empresa se retrase en otros aspectos de su esfera y puede hacer que una fábrica incurra en producción en tiempo extra. En general, es difícil de medir el costo de agotamiento, en comparación con los costos de orden, compra o almacenamiento. Ing. Carlos Martin Hipótesis para los modelos de cantidad económica de pedido repetitivo La decisión de pedir es repetitiva en el sentido que se repite en forma regular. Por ejemplo, una empresa que pide conjuntos de chumaceras colocara un pedido, vera que se consuma su inventario colocará entonces otro pedido y así sucesivamente. Esto se diferencia de los pedidos que se hacen solo una vez, o esporádicos. Por ejemplo, cuando un vendedor de periódicos decide cuantos diarios dominicales pedir, sólo se colocará un pedido (por domingo). Los problemas en los que se coloca un pedido sólo por una vez se llaman problemas de inventario de periodo único. Ing. Carlos Martin Demanda constante. Se supone que la demanda sucede a una rapidez constante y conocida. Esto quiere decir, por ejemplo, que si se presenta la demanda a una rapidez de 1.000 unidades por año, la demanda durante cualquier periodo de t meses será: 1.000 𝑡 12 Tiempo constante de entrega. El tiempo de entrega para cada pedido es una constante L conocida. Por tiempo de entrega queremos decir el tiempo que transcurre entre el instante en que se hace un pedido y el tiempo en que llega el pedido. Por ejemplo, si L = 3 meses, entonces cada pedido llegará exactamente 3 meses después de haberlo pedido.Ing. Carlos Martin Pedido continuo Un pedido se puede hacer en cualquier ocasión. Los modelos de inventario que permiten esto se llaman modelos de revisión continua. Si la cantidad de inventario disponible se revisa en forma periódica y sólo se tienen pedidos en forma periódica, tenemos el caso de un modelo de revisión periódica. Por ejemplo, si una empresa revisa su inventario disponible tan sólo al final de cada mes y decide en esa ocasión si hacer o no un pedido, se tiene el caso del modelo de revisión periódica. Aunque las hipótesis de Demanda constante y Tiempo de entrega constante pueden parecer sólo restrictivas y no reales, hay muchos casos en que los modelos dan buenas aproximaciones a lo que sucede en la realidad Ing. Carlos Martin Investigación Operativa Modelo Básico de Cantidad Económica de Pedido (EOQ) Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Jujuy, Jujuy, AR Hipótesis del modelo básico de cantidad económica de pedido Para que esté vigente el modelo básico de cantidad económica de pedido (EOQ, de Economic Order Quantity) se necesitan ciertas hipótesis y, para simplificar, suponga que la unidad de tiempo es un año: 1. La demanda es determinista y se presenta a frecuencia (velocidad) constante. 2. Si se hace un pedido de cualquier tamaño (por ejemplo q unidades), se incurre en un costo de pedido y organización K. 3. El tiempo de entrega para cada pedido es cero. 4. No se permite la escasez. 5. El costo unitario por año de mantener una existencia es h. Ing. Carlos Martin Definimos a D como el número de unidades pedidas por año. Entonces, la hipótesis 1 quiere decir que durante cualquier intervalo de tiempo de t años. Se pide una cantidad = D t El costo K de pedido de la hipótesis es adicional al costo p . q de compra o producción de las q unidades pedidas. Observe que estamos suponiendo que el costo unitario de compra p no depende del tamaño del pedido. Con ello excluyen muchos casos interesantes como, por ejemplo, los descuentos para pedidos grandes. Ing. Carlos Martin • La hipótesis 3 significa que cada pedido llega tan pronto se pide. • De la hipótesis 4 se deduce que todas las demandas se deben satisfacer a tiempo; no se permiten existencias negativas. • De la hipótesis 5 se infiere que se incurriría en un costo de almacenamiento de h dólares si una unidad se conservara durante 1 año, o si 2 unidades se almacenan durante medio año, o si 1/4 de unidad se almacena durante 4 años. • En resumen, si se almacenan I unidades durante T años, se incurre en un costo igual a: I T h Dadas estas cinco hipótesis, el modelo de cantidad económica de pedido determina una política de pedidos que reduce al mínimo: la suma anual del costo de pedidos, costo de compras y costo de almacenamiento. Ing. Carlos Martin Deducción del modelo básico de cantidad económica de pedido • Comenzamos la deducción de la política óptima de pedidos haciendo algunas observaciones sencillas. • Como los pedidos llegan en forma instantánea, nunca deberíamos hacer un pedido cuando I, el nivel de inventario o existencias, es 0. • Si hacemos un pedido cuando I > 0, estamos generando un costo innecesario de almacenamiento. • Por otro lado, si I = 0, debemos hacer un pedido para evitar que se presente agotamiento o escasez. • En conjunto, estas observaciones demuestran que la política que reduce al mínimo los costos anuales es la de hacer un pedido siempre que I = 0. • Siempre que se hace un pedido, encaramos la misma situación, que es l = 0. • Esto significa que siempre que hagamos un pedido, debemos pedir la misma cantidad. Ing. Carlos Martin • Sea q la cantidad que se pide cada vez que I = 0. • A continuación calculamos el valor de q que minimiza el costo anual. Este valor será q*. • Sea TC(q) el costo anual total incurrido cuando se piden q unidades cada vez que I = 0. • Observe que: TC(q) = costo anual de colocar pedidos + costo anual de compra + costo anual de almacenamiento • Como cada pedido es por q unidades, se deben hacer 𝑫 𝒒 pedidos por año para que se satisfaga la demanda anual de D unidades. • Por lo tanto, Ing. Carlos Martin Para todos los valores de q, el costo unitario de compra es p. Como siempre compramos D unidades al año, Para calcular el costo anual de almacenamiento, observe que si guardamos I unidades durante un año, generamos un costo de almacenamiento de: I ( unidades) (1 año) (h dólares/unidad/año) = h I dólares Ing. Carlos Martin Suponga que el nivel de existencias no es constante y que varía con el tiempo. Si el nivel promedio de existencias durante un periodo T es ത𝑰, el costo de almacenamiento para ese periodo será: h T ഥ𝑰 Esta idea se muestra en la Fig. 1. Si definimos I(t) como el nivel de inventario en el tiempo t, entonces durante el intervalo [0, T] el costo total de almacenamiento es: h (área desde cero a T bajo la curva I(t)) = h T ഥ𝑰. Se puede comprobar que este resultado es vigente en los dos casos que se muestran en la Fig. 1. De modo más formal, ഥ𝐈 (T) es el nivel promedio de existencias desde el tiempo 0 al tiempo T, y está dado por: y el costo total de almacenamiento incurrido entre el tiempo 0 y el tiempo T es: Ing. Carlos Martin Ing. Carlos Martin Para calcular el costo anual de almacenamiento necesitamos examinar el comportamiento de I en el transcurso del tiempo. Suponga que cuando el tiempo es 0 acaba de llegar un pedido de tamaño q. Como la demanda se presenta a una frecuencia de D por año, tomará q/D años para que la existencia se reduzca a 0 de nuevo. Como la demanda durante cualquier periodo t es D . t, el nivel de existencias a lo largo de cualquier intervalo de tiempo disminuirá en línea recta con pendiente - D. Cuando la existencia llega a cero, se hace un pedido de tamaño q, el cual llega en forma instantánea elevando el nivel de inventario a q de nuevo. Según estas observaciones, en la Fig. 2 se representa el comportamiento de I a través del tiempo. Ing. Carlos Martin Figura 2 Comportamiento de l(t) en el modelo básico de cantidad eco nómica de pedido Ing. Carlos Martin Ing. Carlos Martin Un concepto clave en el estudio de la cantidad económica de pedido es la idea de un ciclo. Definición: Cualquier intervalo de tiempo que comienza con la llegada de un pedido y que termina en el instante inmediato anterior de hacer el siguiente pedido se llama ciclo. Observe que la Fig. 2 consiste simplemente en ciclos repetidos de longitud q/D. Por lo tanto, en cada año caben: 𝟏 𝒒 𝑫 = 𝑫 𝒒 ciclos Las existencias promedio durante cualquier ciclo son simplemente la mitad del nivel máximo de inventario alcanzado durante el ciclo. Este resultado será válido en cualquier modelo para el que la demanda se presente a rapidez o frecuencia constante y que no se permita agotamientos. Así, para el modelo, el nivel promedio de existencias durante un ciclo será de: 𝒒 𝟐 unidades. Ing. Carlos Martin Para calcular el costo anual de almacenamiento. Planteamos que: Como el nivel promedio de existencias durante cada ciclo es 𝒒 𝟐 y cada ciclo tiene una longitud 𝒒 𝑫 Entonces: Ing. Carlos Martin Al combinar el costo de pedido, de compra y de almacenamiento, obtenemos: Para calcular el valor de q que hace mínimo TC(q), hacemos que TC´(q) sea igual a cero. Con ello obtenemos: Esta ecuación se satisface si: q = ± (2KD/h)1/2 Como q = - {2KD/h)1/2 no tiene sentido, esperamos que la cantidad económica de pedido reduzca a TC(q) al mínimo. Ing. Carlos Martin Como TC´´(q) = 2KD/q3 > 0 para toda q, sabemos que TC(q) es función convexa. Entonces, se deduce que cualquier punto donde TC´(q) = 0 reducirá al mínimo a TC(q). Por lo tanto, minimiza el costo total anual. Ing. Carlos Martin Observaciones 1. La cantidad económica de pedido no depende del precio unitario de compra p, porque el tamaño de cada pedido no hace variar al costo unitariode compra. Por lo tanto, el costo total anual de compra es independiente de q. 2. Como cada pedido es de q* unidades, se debe hacer un total de 𝑫 𝒒∗ pedidos durante cada año. 3. Para ver si es razonable esta fórmula de cantidad económica de pedido, examinemos cómo cambia q* al variar ciertos parámetros. Por ejemplo, a medida que aumenta K, podríamos esperar que disminuyera el número 𝑫 𝒒∗ de pedidos hechos en un año. En forma equivalente, cabría esperar que un aumento de K provocara un aumento de q*. Una mirada a la ecuación (2) muestra que en efecto, éste es el caso. Ing. Carlos Martin Observaciones En forma análoga, un aumento de h hace que sea más costoso mantener el inventario y, por lo tanto, es de esperarse que un aumento de h reduzca el nivel promedio de existencias 𝒒∗ 𝟐 La ecuación (2) muestra que un aumento de h sí reduce a q*; también muestra que la relación entre el costo de pedido y el costo de almacenamiento es el factor crítico que determina a q*. Por ejemplo, si tanto K como h se multiplican por 2, q* no cambia. Observe también que q* es proporcional a D1/2. Por lo tanto, si se cuadruplica la demanda sólo se duplicará q*. Ing. Carlos Martin Observaciones Ing. Carlos Martin 4. No es difícil demostrar que si se pide la cantidad económica de pedido, entonces: Para demostrarlo, observe que: Observaciones Ing. Carlos Martin En In Fig. se ilustra el equilibrio entre el costo de pedido y el costo de almacenamiento. La figura confirma el hecho de que para q*, son iguales los costos anuales de pedido y el anual de almacenamiento. Ejemplo Brancast Airlines utiliza 500 focos al año. Cada vez que se hace un pedido de esos focos, se incurre en un costo de 5 dólares. Cada foco cuesta 0,40 u$s y el costo de almacenamiento es 0,08 (u$s/foco/año). Suponga que la demanda se tiene a rapidez constante y que no se permiten agotamientos. Se quiere saber: ¿Cuál es la cantidad económica de pedido? ¿ Cuántos pedidos se hacen por año? ¿ Cuanto tiempo pasa entre los pedidos? Ing. Carlos Martin Se nos dice que K = 5 dólares, h = 0.08 dólares/foco/año, y que D = 500 focos/año. La cantidad económica de pedido es: Por consiguiente, la aerolínea debe hacer un pedido de 250 focos cada vez que su existencia sea cero. El intervalo entre el momento en que se hace el pedido (o la llegada) es simplemente la longitud de un ciclo. Como Ia longitud de cada ciclo es q*/D el tiempo entre pedidos será Ing. Carlos Martin Sensibilidad del costo total a variaciones pequeñas en la cantidad pedida En la mayor parte de los casos una pequeña desviación respecto a la cantidad económica de pedido sólo ocasionará un pequeño incremento de los costos. Veamos para el Ejemplo, cómo modifican las diferencias con la cantidad económica de pedido, el costo anual total. Como la cantidad pedida no influye en el costo de anual compra, enfocamos hacia cómo se afectan los costos anuales de almacenamiento y de pedido con los cambios en la cantidad pedida q. Sean: HC(q) = costo anual de almacenamiento si la cantidad pedida es q OC(q) = costo anual de orden si la cantidad pedida es q Vemos que: HC(q) = ½ (0,08 q) = 0,04 q Ing. Carlos Martin Ing. Carlos Martin Con la información de la Tabla, obtenemos el esquema de HC(q) + OC(q) que aparece en la Fig. En esta figura se muestra que HC(q) + OC(q) es muy plana cerca de q*. Por ejemplo, si se pide un 20% más que la cantidad económica de pedido (es decir, si q = 300) HC(q) + OC(q) se eleva de 20 a 20,33, crecimiento que es menor que 2%.. Es decir es poco sensible. Ing. Carlos Martin Es importante lo aplanado de la curva de HC(q) + OC(q), porque con mucha frecuencia es difícil calcular h y K. Un cálculo impreciso de h y K producirá un valor de q que difiere un poco de la cantidad económica de pedido real. La atenuación de la curva HC(q) + OC(q) indica que si existe un error moderado en la determinación de la cantidad económica de pedido, el costo sólo subirá una pequeña cantidad. Ing. Carlos Martin Determinación de la cantidad económica de pedido cuando el costo de almacenamiento se expresa en términos del valor del inventario Con frecuencia, el costo anual de almacenamiento se expresa en términos del costo de almacenar inventario por valor de un dólar durante un año. Suponga que: hd = costo de almacenar un dólar de inventario durante un año. Entonces, el costo de almacenar una unidad de existencias durante un año será p hd y la ecuación de q* se puede escribir como sigue: Ing. Carlos Martin Una tienda de departamentos vende 10.000 cámaras al año. Esta tienda pide las cámaras a una bodega regional. Cada vez que hace un pedido incurre en un costo de 5 dólares. La tienda paga por cada cámara 100 dólares, y el costo total de almacenar un dólar de inventario durante un año, se calcula que es el costo anual de oportunidad de 0,20 dólares. Los datos son K = 5 dólares, D = 10.000 cámaras anuales, hd = 0,20/dólar/año y p = 100 dólares por cámara Entonces: Por lo tanto, la cantidad económica de pedido recomienda que se pidan 70,7 cámaras cada vez que el nivel de inventario llega a cero. Naturalmente el numero de cámaras que se piden debe ser entero. Como TC(q) es función convexa cada q, de q = 70 o q = 71 deben reducir al mínimo a TC(q). Debido a la atenuación de la curva HC(q) + OC(q) no importa en realidad si la tienda elige pedir 70 o 71 cámaras, es poco sensible. Ing. Carlos Martin Efecto del tiempo de entrega distinto de cero • Ahora dejemos que el tiempo de entrega L sea mayor que cero. • La inclusión de un tiempo de entrega distinto de cero no cambia los costos anuales de almacenamiento y de orden. • Por lo tanto, la cantidad económica de pedido sigue reduciendo al minino los costos totales. • Para evitar que se presente escasez y para minimizar el costo de almacenamiento, cada pedido se debe hacer cuando el nivel de existencias sea tal que haya la certeza de que cuando llegue cada pedido, el nivel de existencias sea cero. El nivel de inventario al que se hace un pedido se llama punto de reorden. Ing. Carlos Martin Calculo del punto de reorden para el modelo básico de cantidad económica de pedido Para calcular cl punto de reorden para el modelo básico de cantidad económica de pedido, se deben tener en cuenta dos casos: Caso 1 La demanda durante el tiempo de entrega no es mayor que la cantidad económica de pedido, EOQ. Esto significa que L D EOQ. El punto de reorden se tiene cuando el nivel de inventario es igual a L D. Entonces el pedido llegará L unidades de tiempo después, y al llegar ese pedido, el nivel de existencias será L D – L D = 0. En el Ejemplo, suponga que un embarque de focos tarda un mes en llegar. Entonces L = 1/12 años, y el punto de reorden será: (1/12)(500) = 41,67 focos Así, siempre que se tengan 41,67 focos, debe hacer un pedido de focos. Ing. Carlos Martin Caso 2 La demanda durante el tiempo de entrega es mayor que la cantidad económica de pedido. Esto significa que LD > EOQ. En este caso, el punto de reorden no es igual a LD. Suponga que en el Ejemplo, L = 9 meses. Entonces LD = (9/12) (500) = 375 focos. Por qué no podemos hacer un pedido cada vez que el nivel de existencias alcance 375 focos? Como la cantidad económica de pedido = 250 focos, nuestro nivel de inventario nunca llegará a 375 focos. Para calcular el punto correcto de reorden, observe que los pedidos se hacen cada seis meses. Recuerde que la aerolínea utiliza 500 focos al año. Ing. Carlos Martin Caso 2 (continuación) Suponga que acaba de legar un pedido en el tiempo 0. Entonces, se debe haber colocado un pedido L = hace nueve meses (cuando T = - 9 meses). Como los pedidos llegan cada seis meses, se deben hacer cuando T = -3 meses, T = 3 meses, y así sucesivamente. En cada uno de esos puntos, el nivel de inventario debe ser igual al punto de reorden. Como en T =0 ha llegado un pedido de 250 focos, cuando T = 3 meses el nivel de existencias será igual a: 250 - (3/12) (500) = 125 focos. Por lo tanto, el punto de reorden es 125 focos. Ing. Carlos Martin Ejemplo Ejemplo de un problema que no es de inventarios, pero que se puede resolver mediante los razonamientos que utilizamos para deducir la cantidad económica de pedido. Cada hora hay D estudiantes que desean tomar un autobús que los lleve de su federación hasta su fraternidad. La administración evalúa en h dólares cada hora que debe esperar un estudiante al autobús. Le cuesta K dólares a la universidad mandar un autobús de la federación a la fraternidad. Si se supone que la demanda se presenta con rapidez constante, ¿cuántos autobuses deben mandarse cada hora para hacer ese viaje? Ing. Carlos Martin Observe que: Como la demanda se presenta a intensidad constante, los autobuses deben salir a intervalos regulares de tiempo. Esto significa que cada autobús que llegue a la federación encontrara el mismo número de estudiantes esperándolo. Sea q = número de estudiantes que hay a la llegada de cada autobús. Suponiendo que éste acaba de llegar cuando el tiempo es 0, "número de estudiantes esperando" se comporta como se muestra en la Fig. Ing. Carlos Martin Según la Fig. , el número promedio de estudiantes que esperan es q/2, entonces: Estos cálculos indican que: Ing. Carlos Martin Lo cual es idéntico a HC(q) + OC(q) para el modelo básico de cantidad económica de pedido. Por lo tanto, el valor óptimo de q para el problema del transporte es simplemente la cantidad económica de pedido. Esto quiere decir que el valor optimo de q es q*= 𝟐 𝑲 𝑫 𝒉 1/2 Como cada autobús recoge q* estudiantes, c / hora deben mandarse 𝑫 𝒒∗ autobuses. Vemos en la Fig. que el tiempo entre las llegadas será 𝒒∗ 𝑫 ∗ horas. Por ejemplo, si h = 5 dólares/estudiante/hora, K = 10 dólares/autobús y D = 100 estudiantes/hora, encontramos que: q*= 𝟐 𝟏𝟎 (𝟏𝟎𝟎) 𝟓 1/2 = 20 Entonces saldrán 𝟏𝟎𝟎 𝟐𝟎 = 5 autobuses/hora de la federación, y un autobús saldrá cada 𝟏 𝟓 hora = 12 minutos Ing. Carlos Martin Investigación Operativa Modelos de cantidad óptima de pedido cuando se permiten descuentos por volumen Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Jujuy, Jujuy, AR Hasta aquí hemos supuesto que el costo anual de compra no depende del tamaño del pedido. Esta hipótesis nos permitió no tomar en cuenta el costo anual de compra cuando calculamos la cantidad del pedido que minimiza el costo total anual. En la vida real, sin embargo, los proveedores reducen con frecuencia el precio unitario de compra cuando los pedidos son grandes. A estas reducciones de precio se les llama con frecuencia descuentos por volumen. Si un proveedor ofrece descuentos por volumen, el costo anual de compras dependerá también del tamaño de los pedidos. Si el costo de almacenamiento se expresa como porcentaje del costo de compra de un artículo, el costo anual de almacenamiento también dependerá del tamaño del pedido. Ya que el costo de compra depende ahora también del tamaño del pedido, no podemos seguir sin tomar en cuenta el costo de compra al balancear el costo de almacenamiento y el costo de pedido. Ing. Carlos Martin Así, el método que se usó para calcular la cantidad óptima de pedido ya no es valido y se necesita un nuevo procedimiento. Si hacemos que q sea la cantidad pedida cada vez, el modelo general de descuentos por volumen se puede describir como sigue: Si q < b1, cada artículo cuesta p1 dólares. Si b1 q < b2, cada artículo cuesta p2 dólares. Si bk - 2 q < bk - 1, cada artículo cuesta pk – 1 dólares. Si bk - 1 q < bk = , cada artículo cuesta pk dólares. Como b1, b2, . . . , bk - 1 son puntos donde se tiene un cambio de precio (quiebre) llamaremos a b1, b2, . . . , bk - 1 puntos de quiebre de precios. Ya que las cantidades mayores de pedido se deben relacionar con precios menores, tenemos que: pk < pk – 1 < . . . < p2 < p1 Ing. Carlos Martin Ejemplo de Compra de disquetes Una empresa local pide cajas de 10 disquetes a un almacén. El precio por caja que cobra el almacén depende del número de cajas que se le compren (ver Tabla). La empresa de contadores utiliza 10.000 disquetes por año. El costo de hacer un pedido es 100 dólares. EI único costo de almacenamiento es el costo de oportunidad del capital, que se supone 20% por año. Para este ejemplo, b1 = 100, b2 = 300, p1 = 50 dólares, p2= 49 dólares y p3 = 48,50 dólares. Ing. Carlos Martin Antes de explicar cómo se calcula la cantidad pedida que reduce al mínimo los costos anuales totales, necesitamos las siguientes definiciones: 1. TCi (q) = costo total anual (incluyendo los costos de almacenamiento, compras y pedidos) si cada pedido es por q unidades a un precio pi . 2. EOQi = cantidad que reduce al mínimo el costo anual total si para cualquier cantidad que se pida el costo de compra del artículo es pi 3. EOQi es admisible si bi - 1 EOQi < bi 4. TC(q) = costo real anual si se piden q artículos en cada pedido. (Calcularemos TC(q) mediante el precio pi si Si bi - 1 q < bi ) Ing. Carlos Martin Nuestra meta es calcular el valor de q que minimice a TC(q). En las Figs. 6a y 6b se ilustran estas definiciones. Observe que en la Fig. 6a, EOQ2 es admisible porque b1 < EOQ < b2, pero EOQ1 y EOQ3 no son admisibles. En cada figura, TC(q) es la parte llena de la curva. La parte discontinua representa costos inalcanzables. Por ejemplo, en la Fig. 6b, TC2(q) es punteada para q < b1 porque el precio no es p2 para q < b1. En la Fig. 6b, para q < b1, el costo total anual está expresado por la parte llena de TC1(q) porque para q < b1, el precio es p1, y para q b1, el costo total anual está representado por la parte llena de TC2(q). Ing. Carlos Martin Ing. Carlos Martin Ing. Carlos Martin En general, el valor de q que minimiza a TC(q) puede ser un punto de quiebre (véase Fig. 6b) o algún EOQ¡ (véase Fig. 6a). Las siguientes observaciones ayudan a determinar el punto (punto de quiebre o EOQi) que minimiza a TC(q): 1. Para todo valor de q, TCk(q) < TCk - 1(q) < · · · < TC2(q) < TC1(q) Esta observación es valida porque para cualquier cantidad q de pedido TCK(q) tendrá los costos mínimos de almacenamiento y compra, ya que Pk es el precio mínimo asequible; TC1 (q) tendrá los costos máximos de almacenamiento y compra, porque p1 es el precio máximo asequible. Así, en la Fig. 6a vemos que TC3(q) < TC2(q) < TC1(q) Ing. Carlos Martin 2. Si es admisible EOQi, entonces el costo mínimo para bi-1 q < bi se da en q = EOQi (véase Fig. 7a) Si EOQi < bi-1, el costo mínimo para bi-1 q < bi de tiene en q = bi (véase fig 7b). Esta observación es consecuencia del hecho de que TCi(q) disminuye para q < EOQi y aumenta para q > EOQi 3. Si es admisible EOQ, entonces TC(q) no se puede minimizar a una cantidad pedida para la que el precio de compra por artículo sea mayor que pi. Así, si EOQi es admisible, la cantidad óptima de pedido debe darse para alguno de los precios pi, pi+1, . . ., o pk Para ver por qué es válida la observación 3, suponga que es admisible EOQi. ¿Por qué una cantidad pedida relacionada con un precio pj > pi no puede tener un costo menor que EOQi? Observe que EOQi reduce al mínimo el costo total anual si el precio es pi; EOQi; no reduce al mínimo el costo total anual si el precio es pi. Ing. Carlos Martin Ing. Carlos Martin y si se pide EOQi al precio pi es mejor que pedir cualquier cantidad a un precio pi mayor Así: Estas observaciones nos permiten aplicar el siguiente método para determinar la cantidad óptima de pedido cuando se permiten descuentos por volumen. Iniciando con el precio mínimo, se determina para cada precio el volumen de pedido que minimiza los costos anuales totales para bi-1 q < bi (llamaremos qi* a este volumen de pedido). Se continúa calculandoqk*, qk-1*, . . . hasta que una de las q* sea admisible (la llamaremos qi*); según la observación 2 , esto significará que qi* = EOQi. La cantidad óptima de pedido será el miembro de {qk*, qk-1*, . . . , qi* } con el valor mínimo de TC(q). Ing. Carlos Martin Compra de disquetes (continuación) Cada vez que se hace un pedido de disquetes, ¿cuántas cajas se deben pedir? ¿Cuántos pedidos se hacen al año? ¿Cuál es el costo anual total para cumplir con la demanda de disquetes por parte de la empresa de contadores? Nótese que K = 100 dólares y D = 1.000 cajas por año. Primero calculamos la cantidad óptima de pedido para p3 = 48,50 dólares y 300 q. Así Ing. Carlos Martin Así, para q3*, Para q2* = 142,86, el costo anual de almacenamiento por artículo por año es: 0,20 ( 49) = 9,80 dólares. Así, para q2*, Es así que q3 = 300 reducirá TC(q) al mínimo. El análisis demuestra que cada vez que se hace un pedido, se deben pedir 300 cajas de disquetes. Entonces se deben colocar 1.000/300 = 3,33 pedidos cada año. Como hemos visto ya, el costo anual total mínimo es 50.288,33 dólares Ing. Carlos Martin Investigación Operativa Modelo de cantidad económica de pedido con tasa constante Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Jujuy, Jujuy, AR Ing. Carlos Martin Muchos artículos se producen internamente, y no se compran a un proveedor externo. En este caso, la hipótesis de la cantidad económica de pedido de que cada pedido llega al mismo instante, nos parece que no es real. No es posible producir por ejemplo, 10 000 vehículos a un chasquido de dedos. Si una empresa cumple con la demanda fabricando sus propios artículos de consumo, el modelo de cantidad económica con tasa constante será más real que el tradicional de cantidad económica de pedido. Además, suponemos que la demanda es determinista y que se da a una tasa constante; también suponemos que no se permite la escasez. En el modelo de cantidad económica con tasa constante se supone que una empresa puede producir un artículo a una tasa de r unidades por tiempo unitario, que de nuevo supondremos que es un año. Esto significa que durante cualquier período de tiempo t, la empresa puede producir r t unidades. • Definimos lo siguiente: • q = número de unidades producidas durante cada corrida de producción. • K = costo de organizar o preparar una corrida de producción (con frecuencia se debe al tiempo muerto del principio o al final de la corrida de producción). • h = costo de almacenamiento de una unidad en inventario durante un año. • D = demanda anual del producto. Ing. Carlos Martin • Si se supone que una corrida de fabricación comienza en el tiempo 0, la variación del inventario a través del tiempo es como la que se muestra en la Fig. • Al principio de una corrida, se produce a una tasa de r unidades al año, y la demanda se presenta a una tasa de D unidades por año. • Así, hasta que se produzcan q unidades, la existencia aumenta a una tasa de r - D unidades por año. • Es natural que suceda que r D, porque de otro modo no se podría satisfacer la demanda. Ing. Carlos Martin • En el tiempo q/r, se habrán producido q unidades. • En ese momento se completa la corrida de producción y la existencia empieza a decrecer a una velocidad de D unidades al año hasta que se alcanza al punto de inventario cero. • Ese punto de inventario 0 se presentará en el tiempo q/D. • En ese momento comienza otra corrida de fabricación. Ing. Carlos Martin Si Suponemos que los costos de producción por unidad son independientes del tamaño de la corrida, debemos calcular el valor de q que minimiza a: Como la demanda se presenta a una tasa constante, sabemos que (nivel promedio de inventario) = ½ (nivel máximo de inventario). En la Fig. vemos que el nivel máximo de inventario se presenta en el tiempo q/r Como entre cero y q/r aumenta el nivel de inventario a una razón r - D unidades por año, el nivel de inventario en el tiempo ;será (q/r) (r – D) Entonces (nivel promedio de inventario) = ½ (q/r) (r – D) y Ing. Carlos Martin Observe que el costo anual de almacenamiento para el modeló de cantidad económica de pedido con tasa continua es el mismo que el de almacenamiento anual para un modelo común de cantidad económica de pedido en el que el costo unitario de almacenamiento es: 𝒉 (𝒓 −𝑫) 𝒓 Como de costumbre, Así se demuestra que Ing. Carlos Martin • Con la última ecuación se demuestra que el problema de reducir al mínimo la suma de los costos anuales de almacenamiento y orden para el modelo de lasa continua es equivalente a resolver un modelo de cantidad económica de pedido con costo de almacenamiento igual a 𝒉 (𝒓 −𝑫) 𝒓 , costo de pedido K y demanda anual D. • Si se aplica esta observación y Ia fórmula de cantidad económica de pedido (o tamaño económico de lote), podemos deducir de inmediato que para el modelo de cantidad económica de pedido con tasa continua, Ing. Carlos Martin Como de costumbre, se deben hacer corridas de fabricación cada año para Satisfacer la demanda anual de D unidades. Además como podemos reagrupar a la ecuación (5) para obtener Ing. Carlos Martin Cuando aumenta r, se incrementa la producción. Por lo tanto, para r grande, el modelo de tasa debe acercarse al caso de la entrega instantánea del modelo de cantidad económica de pedido. Para ver que éste es el caso, observe que cuando r es grande, 𝒓 𝒓 −𝑫 se acerca a 1: Entonces vemos que cuando r aumenta hacia el infinito, el tamaño óptimo de corrida para el modelo de tasa continua se acerca al del modelo de cantidad económica de pedido. Ing. Carlos Martin Ejemplo Ing. Carlos Martin Una compañía automotriz debe producir 10 000 chasises de automóvil al año. Cada chasis tiene un valor de 2.000 dólares. La capacidad de producción de la planta es de 25.000 chasises por año. Cuesta 200 dólares organizar una corrida de producción y el costo anual por mantener en el inventario es de 0,25 dólares. 1. Calcule el tamaño óptimo de corrida de producción. 2. ¿Cuántas corridas de producción se deben hacer cada año? Los datos son: r = 25 000 chasises por año D = 10 000 chasises por año h = 0.25 (2.000 dólares)/chasis/año = 500 dólares/chasis/año K = 200 dólares por corrida de producción Se organizarán, 𝟏𝟎.𝟎𝟎𝟎 𝟏𝟏𝟓,𝟒𝟕 = 86,60 corridas de producción al año. Ing. Carlos Martin Tamaño óptimo de corrida = 𝟐 𝟐𝟎𝟎 𝟏𝟎.𝟎𝟎𝟎 (𝟐𝟓.𝟎𝟎𝟎) 𝟓𝟎𝟎 (𝟐𝟓.𝟎𝟎𝟎 −𝟏𝟎.𝟎𝟎𝟎) 1/2 = 115,47 Investigación Operativa Modelo de cantidad económica de pedido con demandas que se pueden volver a pedir Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Jujuy, Jujuy, AR En muchos casos de la vida real no se cumple la demanda a tiempo y se presentan escaseces. Cuando hay carestía se incurre en costos, debidos a pérdida de clientes, costo de hacer pedidos especiales, perdida de buena voluntad en el futuro, y cosas por el estilo. Ahora modificaremos el modelo de cantidad económica de pedido para permitir la posibilidad de agotamientos. Sea s el costo por la falta de una unidad durante un año. Las variables K, D y h tienen sus significados normales. En la mayor parte de los casos es muy difícil determinar s. Se supone que toda la demanda se acumula y que no se pierden ventas. Para determinar la política de pedidos que reduzca al mínimo los costos anuales, definiremos q = cantidad pedida q-M = agotamiento máximo que se presenta con determinada política de pedidos Ing. Carlos Martin De manera equivalente, suponiendo tiempo de entrega cero, a la empresa le faltarán q - M unidades cada vez que se haga un pedido. Suponemos que el tiempo de entrega para cada pedido es cero. Como se hace un pedido cada vez que a la empresa le faltan q-M unidades (o cuando el nivel de inventario de la empresa es M - q), el nivel máximo de inventario de esa empresa será: M – q + q = M Por ejemplo, siq= 500 y q - M=100, sabemos que se hará un pedido por 500 unidades siempre que a la empresa le falten 100 unidades. Cada pedido de 500 unidades se usará para satisfacer la demanda acumulada de 100 unidades y ocasionará un nivel de inventario de 500 - 100 = 400 unidades. Si se supone que se coloca un pedido cuando el tiempo es 0, la evolución del nivel de inventario a través del tiempo se representa en la Fig. Ing. Carlos Martin Si se supone que se coloca un pedido cuando el tiempo es 0, la evolución del nivel de inventario a través del tiempo se representa en la Fig. Como los costos de compra no dependen de q ni de M, podemos minimizar los costos anuales calculando los valores de q y M que reduce al mínimo: Ing. Carlos Martin Observe que lo que sucede entre el tiempo O ·y el tiempo B es idéntico a lo que sucede entre el tiempo B y el tiempo D. Por este motivo, llamaremos ciclos a los periodos OB y BD. También uno se puede imaginar un ciclo como el intervalo que transcurre entre la colocación de pedidos. Para determinar el costo anual de almacenamiento y el de escasez comenzaremos calculando el costo de almacenamiento por ciclo y el de escasez por ciclo. Esto requiere determinar la longitud de los segmentos de recta OA y AB en la Fig. Como se tiene un nivel de existencias cero después de que han sido pedidas M unidades, llegamos a la conclusión que 0A = M/D. Como un ciclo termina cuando han sido pedidas q unidades, llegamos a la conclusión que 0B = q/D. Ing. Carlos Martin Entonces: Longitud de AB = (longitud de OB) - (longitud de OA) = (q – M) / D Observe también que como se han pedido q unidades durante cada ciclo, se deben hacer D/q pedidos ( que es también el número de ciclos) cada año. Podemos ahora expresar los costos en la ecuación (7). Recuerde que Ing. Carlos Martin y 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒍𝒎𝒂𝒄𝒆𝒏𝒂𝒎𝒊𝒆𝒏𝒕𝒐 𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 = costo de almacenamiento del tiempo O al A Según la Fig., el nivel promedio de existencias entre el tiempo o y el tiempo A es simplemente M/2. Como OA tiene una longitud M/D Como hay D/q ciclos por año Ing. Carlos Martin De igual modo, Asimismo, note que el costo de carencia por ciclo = costo por escasez contraídos durante el tiempo AB. Como la demanda se presenta a tasa constante, el nivel promedio de escasez durante el tiempo AB es simplemente la mitad de la escasez máxima. Así, el nivel promedio de escasez o agotamiento en el intervalo de tiempo AB es: (q – M) / 2 Como AB es un intervalo de tiempo de longitud: (q – M) / D Ing. Carlos Martin Como hay ciclos por año, Como de costumbre, costo anual de orden = K D/q. Sea TC(q,M) el costo total anual, excluyendo al costo de compra, si la política de pedidos utiliza parámetros q y M. De acuerdo con el análisis, debemos seleccionar q y M para minimizar Ing. Carlos Martin Se puede demostrar que TC(q, M) es una función convexa de q y M. El valor mínimo de TC(q,M) se tendrá en el punto en el que: Después de algunas operaciones algebraicas tediosas se demuestra que TC(q,M) se reduce al mínimo en q* y M*: Carencia máxima = q* - M* Ing. Carlos Martin Cuando s tiende a infinito, q* y M* tienden ambas a la cantidad económica de pedido, y el agotamiento o escasez máxima tiende a cero. Esto es razonable, ya que si s es grande, el costo por escasez es muy alto y esperaríamos que la política optima de pedidos incurriera en muy poca escasez. Si no hay otro remedio, en otras palabras, si s es muy grande, nos encontramos, para todos los intentos y para lodos los fines, con el caso del agotamiento prohibido. Ing. Carlos Martin Cada año, la Smalltown Optometry Clinic vende 10.000 armazones para lentes. La clínica pide los armazones a un abastecedor regional, que cobra 15 dólares por armazón. Cada pedido incurre en un costo de 50 dólares. La óptica cree que la demanda de armazones puede acumularse y que el costo por carecer de un armazón durante un año es 15 dólares debido a la pérdida de negocios futuros. El costo anual por mantener en el inventario es de 0,30 dólares por dólar de valor del inventario. 1. ¿ Cuál es la cantidad óptima de un pedido? 2. ¿ Cuál es la escasez máxima que se presentará? 3. ¿Cuáles el nivel máximo de inventario que se presentará? Ing. Carlos Martin • Los datos son • K = 50 dólares • D = 10 000 armazones por año • h = 0,3 (15) = 4,50 dólares/armazones/año • s = 15 dólares/armazón/año Las fórmulas para q* y M* dan como resultado Entonces la carencia máxima que se presentará será q* - M* = 124,03 armazones, y cada pedido debe ser de 537 o 538 armazones. Se tendrá un nivel máximo de existencias de M* = 413,45 armazones. Ing. Carlos Martin Supongamos que la producción no es instantánea y que podemos producir a una tasa de r unidades por año. Si se permite escasez, se puede demostrar que El agotamiento máximo que se presentará en este caso, al que llamaremos S* esta expresado por Ing. Carlos Martin Bibliografía Ing. Carlos Martin Prawda Witenberg J. “Métodos y Modelos de Investigación de Operaciones – Vol. 1 Modelos Determinísticos”. Editorial Limusa. ©1999 Taha Hamdy A. “Investigación de Operaciones”. Editorial Alfa Omega. ©1998 Winston Wayne L.. “Investigación de Operaciones. Editorial. Grupo Editorial Iberoamericana. ©2005 Hillier Frederick S. “Introducción a la Investigación de Operaciones. Editorial. Mc Graw Hill. ©2001 Eppen G.D. “Investigacion de Operaciones En la Ciencia Administrativa. Editorial Prentice. ©2000 Mathur-Solow – Investigación de Operaciones – Ed. Prentice Hall 1996. MARIN, Isidoro. “Investigación Operativa”. UBA. Centro de Estudiantes Universidad Nacional de Buenos Aires. © 1970 LEVIN, Richard I.. “Enfoques Cuantitativos a la Administración”. CECSA Anderson, David R. “Métodos Cuantitativos para los Negocios”. 11a. ed. Cengage Learning Bronson, Richard. “Investigación de Operaciones”. Editorial Mc Graw Hill. MUNIER, Nolberto. “Manual de PERT – CPM”. Editorial ASTREA. Preguntas Ing. Carlos Martin Investigación Operativa Muchas Gracias Profesor: Ing. Carlos A. Martin E-mail: ing_carlos_martin@hotmail.com Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Jujuy, Jujuy, AR
Compartir