Integración de metodologías Lean Manufacturing y análisis de ciclo de vida para la planificación y optimización de materiales y procesos de fabricación empleados en el sector agroindustrial

• Autores: Francisco José Alarcón Fernández
• Directores de la Tesis: Mónica Calero de Hoces (codir. tes.), María de los Ángeles Martín Lara (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2026
• Idioma: español
• ISBN: 9791370152864
• Número de páginas: 217
• Títulos paralelos:
  • Lean manufacturing integration methodologies and life cycle analysis for planning and optimization of materials and production processes employed on agroindustry
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
• Resumen
  • español

    La globalización actual del mercado obliga a las organizaciones empresariales a establecer mecanismos que les hagan ganar en competitividad mediante el desarrollo y posterior implantación de técnicas de organización y producción más eficientes. Para ello, es vital mantener la satisfacción de los clientes ofreciéndoles lo que desean en el momento que lo esperan. Esto implica una evolución en las técnicas de gestión productiva que permita competir, obtener un rendimiento óptimo y mejorar cada día. Los procesos de fabricación sufrieron un cambio radical de paradigma a partir de la Revolución Industrial, en cuanto que la evolución tecnológica favorecía la aplicación de modelos productivos dirigidos hacia fabricaciones masivas y estandarizadas. Este tipo de modelos trajo consigo, a su vez, la multiplicación de los desperdicios generados tanto en los materiales empleados, como en los productos finales, por diversos motivos entre otros los relacionados con la falta de una adecuada gestión y optimización de los procesos productivos. Por ello, se hace necesario implantar mecanismos que permitan producir bajo determinados estándares de calidad y minimizando los desechos provocados por una fabricación desmesurada y, en ocasiones, incontrolada. En este contexto, el modelo Lean Manufacturing se consolidó como una alternativa eficaz para optimizar recursos mediante la reducción de desperdicios en las etapas productivas. Sus orígenes se remontan al sistema Just in Time, desarrollado en la década de 1950 por Toyota, basado en producir únicamente lo que demanda el cliente, en el momento en que lo solicita. Este enfoque no solo coloca al producto o servicio en el centro de atención, sino que persigue la satisfacción del cliente mediante un sistema sostenible, tanto tecnológica como socialmente, reduciendo la variabilidad en proveedores, clientes y procesos internos. En la década de los ochenta del siglo XX, Motorola Inc. pone en marcha un método sistemático y organizado para llevar a cabo una mejora estratégica de los procesos y el desarrollo de nuevos productos y/o servicios, capaz de reducir de forma drástica los defectos que puedan llegar al consumidor final. Bajo esta definición se ampara la metodología denominada Six Sigma, que ha demostrado ser una herramienta eficaz para mejorar la productividad y calidad en una amplia gama de procesos productivos y, por consiguiente, ha permitido generar impactos favorables desde el punto de vista económico. Six Sigma se centra en satisfacer las necesidades de los clientes, mediante la reducción en las variaciones que son inherentes a los procesos productivos como mecanismo de mejora continua y redundando, por tanto, en aumento de beneficios empresariales. Si se minimizan las variaciones, se consigue afianzar la fiabilidad del proceso para la obtención del mínimo de unidades que se desvíen del estándar. La metodología Six Sigma se basa en un proceso compuesto por cinco fases, llamado DMAIC (Define, Measure, Analyze, Improve and Control) y en el empleo de aquellas herramientas estadísticas que apoyan cada una de dichas fases. La combinación de Lean Manufacturing y Six Sigma ha dado lugar a Lean Six Sigma (LSS), una estrategia de gestión empresarial que hoy en día constituye una de las metodologías más impactantes en la mejora de procesos. Su aplicación se ha extendido tanto a grandes corporaciones como a pequeñas y medianas empresas, con el fin de optimizar recursos, añadir valor, reducir tiempos y costos, e incrementar la satisfacción del cliente. Este desafío cobra especial relevancia en el sector agroindustrial de fabricación de insumos. El sector agroindustrial genera diversos tipos de residuos por medio de sus diferentes actividades productivas y a lo largo de toda la cadena de suministro, debido fundamentalmente a materias primas en mal estado, recogida, almacenamiento y manejo deficientes, empleo de maquinaria inadecuada, mala planificación de stocks y excedentes. De manera similar, la industria química, que incluye las empresas fabricantes de nutrientes y otros productos para el sector agrícola, genera una importante cantidad de residuos entre los que se encuentran productos químicos, papel y cartón o plásticos que, debido a las fluctuaciones a las que se ve sometido el mercado, así como las influencias climatológicas y otras posibles causas económicas, suelen transformarse en excedentes, productos obsoletos, reprocesos y, en definitiva, posibles resultados de una ineficiente gestión de la producción. Paralelamente, la sociedad actual demanda a las Administraciones Públicas la aplicación de una política que permita disminuir el impacto ambiental de la aplicación en los suelos agrarios de productos fertilizantes y otras fuentes de nutrientes, una vez que se alcanza el nivel de producción agrícola necesario para proveer al sistema alimentario. En esa dirección, la Comisión Europea integra transversalmente la política medioambiental en las demás políticas comunitarias, como se refleja en el Pacto Verde Europeo. Entre las herramientas principales de este pacto en el sector agrario, se encuentra la Estrategia "De la granja a la mesa" en donde se busca diseñar un sistema alimentario justo, saludable y ecológico. Esta estrategia impone unos objetivos ambientales muy ambiciosos entre los que se encuentra uno referido a la fertilización y buen estado agronómico de los suelos, estableciendo como meta reducir, al menos, a la mitad las pérdidas de nutrientes, sin deteriorar la fertilidad del suelo. Todo ello requiere del acompañamiento de una metodología previa, durante la etapa de producción de los materiales, acorde con una política de eficiencia energética y gestión medioambiental adecuadas. Es en este punto donde una gestión óptima de la cadena de suministro adquiere su máximo interés, reduciendo o eliminando desechos, tanto a nivel de recursos necesarios como a nivel de desperdicios de proceso y almacenamiento. En este contexto, el presente proyecto de Tesis Doctoral ha abordado la cadena de valor que compone el ciclo de vida de un producto, desde el aprovisionamiento de materiales hasta su puesta en servicio al consumidor, centrándose en el caso particular de una industria de fertilizantes. La optimización de las diferentes etapas ofrece las oportunidades necesarias para la reducción de costes por inventario, reducción en la generación de residuos y en el empleo de recursos, con el objetivo final de atender los requerimientos del cliente, optimizando el uso de recursos y minimizando el impacto ambiental de los procesos. Esta Tesis Doctoral, ha sido dividida en diferentes capítulos, que conforma un documento final donde se recogen los objetivos conseguidos y las publicaciones realizadas a través de los distintos capítulos. Así, el Capítulo 1 corresponde a la Introducción, donde se ha dedicado un apartado a analizar el planteamiento del problema, en el contexto de la industria de producción de fertilizantes y su impacto en la sostenibilidad y la eficiencia. También se ha incluido un repaso a la evolución de la metodología Lean Six Sigma y como ha sido su implementación en el sector industrial, finalizando con una descripción de la metodología de Análisis de Ciclo de Vida y su aplicación al sector industrial, con especial énfasis en la industria química y de fertilizantes. En el Capítulo 2, se ha detallado toda la Metodología utilizada para el desarrollo de la Tesis Doctoral, incluyendo las distintos métodos utilizado en cada uno de los capítulos desarrollados, esto es, estudio del estado del arte de la implementación de Lean Six Sigma en el sector industrial, los materiales y fases de desarrollo para el estudio de la implementación de Lean Six Sigma en el caso particular de una empresa de fabricación de fertilizantes y el estudio combinado del uso de Lean Six Sigma y Análisis de Ciclo de Vida para la misma empresa, así como cualquier otra información de interés necesaria para entender todo el trabajo realizado. El Capítulo 3 corresponde a la Discusión de Resultados y se ha dividido en tres subcapítulos coincidiendo con los tres artículos desarrollados en esta Tesis Doctoral. Cada subcapítulo se ha estructurado incluyendo un resumen en español con el fin de facilitar su lectura y destacar los aspectos más relevantes del trabajo. Los artículos completos en su versión original, tal y como han sido enviados para su publicación, se presentan en el anexo de la presente tesis.

  • English

    The current globalisation of the market is forcing business organisations to establish mechanisms that enable them to become more competitive through the development and subsequent implementation of more efficient organisational and production techniques. It is vital to maintain customer satisfaction to this end, by offering them what they want when they want it. This implies an evolution in production management techniques that allows companies to compete, achieve optimal performance and improve every day. Manufacturing processes underwent a radical paradigm shift following the Industrial Revolution, as technological developments favoured the application of production models geared towards mass and standardised manufacturing. This type of model led to an increase in waste generated both in materials used and final products, for various reasons, include those related to the lack of adequate management and optimisation of production processes. It is therefore necessary to implement mechanisms that allow production to be carried out under certain quality standards and minimise wate caused by excesive and, at times, uncontrolled manufacturing. In this context, the Lean manufacturing model has established itself as an effective alternative for optimising resources by reducing waste in the production stages. Its origins date back to the Just in Time system, developed in the 1950s by Toyota, based on producing only what the customer demands, when they demand it. This approach not only places the product or service at the centre of attention, but also pursues customer satisfaction through a system that is both technologically and socially sustainable, reducing variability in suppliers, customers and internal processes. In the 1980s, Motorola Inc. launched a systematic and organised method to carry out strategic improvement of processes and the development of new products and/or services, capable of drastically reducing defects that could reach the end customer. This definition encompasses the methodology known as Six Sigma, which has proven to be an effective tool for improving productivity and quality in a wide range of production processes and, consequently, has had a favourable economic impact. Six Sigma focuses on meeting customer needs by reducing the variations inherent in production processes as a mechanism of continuous improvement, thereby increasing business profits. Minimising variations strengthens the reliability of the process to ensure that the minimum number of units deviate from the standard. The Six Sigma methodology is based on a five-phase process called DMAIC (Define, Measure, Analyse, Improve and Control) and the use of statistical tools that supports each of these phases. The combination of Lean manufacturing and Six Sigma has given rise to Lean Six Sigma (LSS), a business management strategy that is currently one of the most effective methodologies for process improvement. Its application has spread to both large corporations and small and medium-sized enterprises, with the aim of optimising resources, adding value, reducing time and costs, and increasing customer satisfaction. This challenge is particularly relevant in the agro-industrial sector of input manufacturing. The agro-industrial sector generates various types of waste through its different production activities and throughout the supply chain, mainly due to poor-quality raw materials, poor collection, storages and handling, use of inadequate machinery, poor stock planning and surplues. Similarly, the chemical industry, which includes companies that manufacture nutrients and other products for the agricultural sector, generates a significant amount of waste, including chemicals, paper and cardboard, and plastics which, due to the market fluctuations, climatic influences and other possible economic causes, often become surplues, obsolete or reprocessed products and, ultimately, possible results of inefficient production management. At the same time, today’s society demands that public administrations implement policies to reduce the environmental impact of applying fertilisers and other sources of nutrients to agricultural land, once the level of agricultural production necessary to supply the food system has been reached. The European Commission is integrating environmental policy to this end across all other Community policies, as reflected in the European Green Deal. Among the main tools of this pact in the agricultural sector is the “Farm to Fork” strategy, which seeks to design a fair, healthy and ecological food system. This strategy sets very ambitious environmental targets, including one relating to fertilisation and good agronomic status of soils, establishing as a goal the reduction of nutrient losses by at least half, without compromising soil fertility. All this requires the implementation of a prior methodology during the production stage of materials, in line with an appropriate energy efficiency and environmental management policy. At this ponit, an optimal supply chain management becomes of utmost importance, reducing or removing waste, both in terms of the required resources and process and waste storage. In this context, the present Doctoral Thesis project has addressed the value chain that makes up the life cycle of a product, from the procurement of materials to its commissioning for consumer use, focusing on the specific case of a fertiliser industry. The opimisation of the different stages offers the necessary opportunities to reduce inventory costs, waste generation and resource use, with the ultimate goal of meeting customer requirements, optimising resource use and minimising the environmental impact of processes. This Doctoral Thesis has been divided into different chapters, which together form a final document that summarises the objectives achieved and the publications produced throughout the different sections. Chapter 1 is the Introduction, which includes a section analysing the problem in the context of the fertiliser production industry and its impact on sutainability and efficiency. It also contents a review of the evolution of the Lean Six Sigma methodology and its implementation in the industrial sector, concluding with a description of the Life Cycle Analysis methodology and its application to the industrial sector, with special emphasis on the chemical and fertiliser industry. Chapter 2 details the Methodology used to develop the Doctoral Thesis, including the different methods employed in each chapter, namely, a study of the state of the art of Lean Six Sigma implementation in the industrial sector, the materials and development phases for the study of Lean Six Sigma implementation in the specific case of a fertiliser manufacturing company, and the combined study of the use of Lean Six Sigma and Life Cycle Analysis for the same company, as well as any other information of interest necessary to understand the global work carried out. Chapter 3 corresponds to the Discussion of Results and has been divided into three subsections, corresponding to the three articles developed in this Doctoral Thesis. Each subsection is structured by including a summary in Spanish to facilitate reading and highlight the most relevant aspects of the work. The complete articles, in their original versions as submitted for publication, are included in the appendix of this thesis. Therefore, Subchapter 3.1 is devoted to a study of the current state of Lean Six Sigma and its implementation in the chemical industry, for which a bibliometric analysis has been carried out covering everything from the implementation of the methodology on a global scale in nonmanufacturing and manufacturing environments to its application focused on the chemical products manufacturing. The study used the most representative databases, such as Scopus and Web of Science, employing a different sequence of terms and obtaining as a result the most important contributions in terms of publications, authors, countries and institutions over the last two decades, from which the dicussion of avenues for future research emerges.