RESEARCH ARTICLE          

Methodological approach for the use of agricultural transformation losses based on lean manufacturing: Case Study on a coffee farm in Colombia

Enfoque metodológico para el aprovechamiento de mermas de transformación agrícola basado en manufactura esbelta: Caso de estudio en una finca cafetera en Colombia

Andres Hualpa-Zúñiga1 * ; Heriberto Felizzola-Jiménez1 ; Carlos Arango-Londoño1 ;

Jorge Rangel-Díaz1

1  Universidad de la Salle, Carrera 2 No 10-70 Bogotá, Colombia.

* Corresponding author: amhualpa@unisalle.edu.co (A. Hualpa-Zúñiga).

Received: 1 February 2024. Accepted: 1 June 2024. Published: 18 June 2024.

Abstract

Improvements in production systems that use the lean manufacturing approach known as “Lean” have the objective of eliminating or reducing waste or process inefficiencies (muda). This approach is increasingly adopted by different industrial sectors, including agriculture. Although Lean improvements are traditionally applied to existing processes from cultivation to distribution, opportunities to intervene in processing wastes (losses) are left aside. This article presents a methodological approach framed in five Lean principles, made up of six activities aimed at the design of new processes that make use of the losses generated by harvesting and agricultural transformation. The methodological approach is applied in a Colombian coffee farm where parchment coffee transformation processes are developed. A parallel losses composting process is designed that transforms defective, green, overripe beans, coffee pulp, mucilage and husk. The results show that by applying the methodological approach on the coffee farm, a level of losses transformation of 86% is achieved. Molting is also reduced for both the current parchment coffee production line and the composting line to 35% and 50% respectively. The main reductions are reprocessing and waiting times. Finally, a 30.3% reduction is obtained in the time of activities that do not add value, making both the current and proposed processes more efficient and with better delivery times.

Keywords: lean agriculture; agricultural losses; process improvement; transformation process; compost.

Resumen

Las mejoras en sistemas productivos que utilizan el enfoque de manufactura esbelta conocido como “Lean” tienen el objetivo de eliminar o reducir desperdicios o ineficiencias de proceso (muda). Este enfoque es adoptado por diferentes sectores industriales, entre ellos el agrícola de manera reciente. Aunque tradicionalmente se aplican mejoras Lean en procesos ya existentes desde el cultivo hasta la distribución, se dejan de lado oportunidades de intervención de pérdidas de procesamiento (mermas). Este artículo presenta un enfoque metodológico enmarcado en principios Lean, conformado por actividades orientadas al diseño de nuevos procesos que dan uso de las mermas generadas por cosecha y transformación agrícola. Se aplica el enfoque metodológico en una finca cafetera colombiana en la que se desarrollan procesos de transformación de café pergamino. Se diseña un proceso paralelo de compostaje de mermas que transforma granos defectuosos, verdes, sobremaduros, pulpa de café, mucilago y cascarilla. Los resultados demuestran que al aplicar el enfoque metodológico en la finca cafetera se logra un nivel de transformación de mermas del 86%. También se reducen las muda tanto para la línea actual de producción de café pergamino como la de compostaje al 35% y 50% respectivamente. Las principales muda reducidas son reprocesos y tiempos de espera. Finalmente se obtiene una reducción del 30,3% en el tiempo de actividades que no agregan valor haciendo de los procesos tanto actual como propuesto más eficientes y con mejores tiempos de entrega.

Palabras clave: agricultura esbelta; mermas de agricultura; mejora de procesos; proceso de transformación; compostaje.

DOI: https://doi.org/10.17268/sci.agropecu.2024.028

Cite this article:

Hualpa-Zúñiga, A., Felizzola-Jiménez, H., Arango-Londoño , C., & Rangel-Díaz, J. (2024). Enfoque metodológico para el aprovechamiento de mermas de transformación agrícola basado en manufactura esbelta: Caso de estudio en una finca cafetera en Colombia. Scientia Agropecuaria, 15(3), 371-384.

1. Introducción

En el ámbito general del mejoramiento de proce­sos, la eliminación de desperdicios y creación de valor se fundamentan en la filosofía Lean desarro­llada en la industria automotriz. En ella se imple­mentan innovaciones simples que garantizan con­tinuidad en el flujo del proceso y variedad en la oferta de productos ajustados a las necesidades del mercado (Womack et al., 1991). Esta filosofía es con­vergente con el sector agrícola debido a las nece­sidades comunes de eliminación de ineficiencias de proceso conocidas como “Muda” (Martins et al., 2023).

Estudios recientes en productividad y eficiencia en el sector agrícola han integrado sistemas de mejora de la calidad en los procesos de cultivo como un objetivo emergente destacándose la implementa­ción Lean (Caicedo et al., 2019). Esta implementa­ción se debe a su adaptabilidad para desarrollar so­luciones de reducción de pérdida de alimentos (Chairany et al., 2022), las oportunidades de adopción de principios basados en la creación de valor (Fladkjaer & Pejstrup, 2018), la adaptabilidad de soluciones para la gestión de la fuerza laboral (Pearce et al., 2021), la mejora del rendimiento centrado en la velocidad, el flujo y el costo de un proceso (Bella et al., 2024), entre otros.

En el sector agrícola la filosofía Lean concibe accio­nes de mejora a partir de la eliminación de muda generadas por las malas prácticas de gestión desde la etapa inicial de cultivo hasta la distribución de productos cosechados (Caicedo et al., 2020). Algu­nos ejemplos de muda en el sector agrícola son la producción excesiva generada por desbalanceo entre cosechas y ventas, tiempos de espera en ope­raciones de cultivo, reprocesos en labores de la­branza, transportes innecesarios de insumos, inven­tarios elevados de insumos agrícolas, defectos de productos cosechados, trabajadores inactivos, en­tre otros (Hartman, 2015). Resultados recientes de intervención lean en procesos agrícolas se presen­tan en la Tabla 1.

Tabla 1

Estudios de aplicación Lean en el sector agrícola y sus efectos de intervención

Al revisar con detalle el alcance de estudios de apli­cación Lean en sistemas agrícolas, se identifica el propósito principal de eliminar muda y agregar valor sin considerar las pérdidas por procesamiento de producto conocidas como “Mermas”, reflejando así un vacío de investigación en esta área. Los prin­cipios lean rara vez se encuentran en los estudios de reducción de residuos (Chairany et al., 2022). En la producción de alimentos las mermas se generan desde las etapas de cultivo, cosecha y procesa­miento de la cadena de suministro (Parffit et al., 2010) y son concebidas como la disminución de materiales o recursos de manera inevitable, inclu­yendo la cantidad que se pierde por variabilidad de proceso o por condiciones de limpieza y manteni­miento. Cuando no se establecen acciones de in­tervención de las mermas, se derivan problemas y efectos negativos en la economía del agricultor ya que reduce la productividad en los procesos y ge­nera impacto en el medio ambiente por la utiliza­ción ineficiente de recursos naturales (FAO, 2011).

Bajo el contexto anterior, se identifica la oportuni­dad de aprovechar el potencial que brinda la filo­sofía Lean para diseñar nuevos procesos que den provecho a mermas generadas en procesos agríco­las. La adopción Lean establece un lineamiento de intervención para que de manera paralela se reduz­can muda de proceso proyectando mejoras en los niveles de eficiencia en el sistema agrícola. El objetivo de este artículo es proponer un enfoque metodológico alineado con los principios Lean que permita aprovechar las mermas generadas en pro­cesos de transformación agrícola, buscando efi­ciencia operativa mediante la intervención conjunta de muda. En el artículo se presenta la metodología derivada de la revisión de referentes de principios de manufactura esbelta que dan soporte al enfo­que propuesto. Finalmente, se presentan y analizan los resultados obtenidos con la aplicación del enfoque a través de un caso de estudio en una finca cafetera en Colombia.

2. Metodología

Para estructurar el enfoque metodológico, se revisa en la literatura los lineamientos que fundamentan la manufactura esbelta identificándose así cinco principios Lean aceptados y homologados para eli­minar desperdicios, agregar valor y promover la mejora continua (Caicedo et al., 2019). El primer principio “especificar valor” es el punto de partida definido exclusivamente por el consumidor final en el que se selecciona el producto o servicio, sus ca­racterísticas, capacidades y/o disponibilidad. En el segundo principio “Identificar el flujo de valor”, se identifican procesos y actividades requeridas para generar un producto o servicio que incluyen un mapeo con visión holística para clasificar las activi­dades que agregan y no agregan valor. El tercer principio “Flujo”, involucra un cambio de mentali­dad orientada a que el valor fluya continuamente dejando a un lado los grandes lotes y prolongadas esperas por la generación de productos o servicios uno a la vez. El cuarto principio “Atracción”, acon­diciona el sistema a un nuevo modelo operacional para la generación de productos o servicios bajo pedido cumpliendo con condiciones de entrega justo a tiempo. Finalmente, el quinto principio “Perfección”, bajo la convicción de mejora continua establece programas consistentes para madurar procesos ajustados a un producto o servicio que cada vez está más cerca de lo que el consumidor realmente desea.

Para dar operación a estos principios en el sector agrícola se requiere de prácticas con visión sistemá­tica que en muchos estudios disponibles carece de esta integración. Para ello, se identifican metodolo­gías conformadas por fases previas de testeo y validación antes de pasar a transformación, lanza­miento y seguimiento de productos (Lermen et al., 2018). Adicionalmente, integrar sesiones de capaci­tación, visitas a fincas, talleres y asesoramiento a los agricultores frente a beneficios y riesgos, garantiza efectividad en los resultados esperados (Barth & Melin, 2018). A través de la aplicación de estos prin­cipios se obtienen oportunidades para eliminar o reducir ineficiencias del proceso, que conllevan a la estandarización del flujo de trabajo, lo cual reper­cute en mayores márgenes de beneficio (Baumont et al., 2020). De esta manera se concibe un marco de implementación que se adapta a nivel estraté­gico y operacional, validado mediante procedi­mientos de evaluación de madurez Lean Thinking que permiten diagnosticar la fase de desarrollo en la que se encuentra un sistema agrícola (Melin & Barth, 2018), demostrando resultados de mejora y control de procesos en ámbitos productivo, am­biental y social de los agricultores.

De acuerdo con las referencias anteriores, se diseña la estructura del enfoque metodológico en el que se establece una secuencia de seis actividades ali­neadas con el alcance de los cinco principios Lean. Como elemento innovador, estas actividades se en­focan al aprovechamiento de flujos de mermas ge­neradas en procesos de cosecha y transformación de productos secundarios en el sector agrícola. En la Figura 1 se estructura el enfoque metodológico propuesto, resaltando su intervención en el flujo de mermas generadas por procesos de cosecha y transformación (Flujo línea roja).

En la Figura 1, los bloques de cultivo y procesos de transformación corresponden al producto primario actual del cual se generan flujos de merma con los que se propone la implementación del enfoque metodológico. Frente a esto, se identifica que, a partir de la actividad de trazabilidad, los flujos de merma se convierten en flujo de producto transfor­mado que corresponde a los nuevos procesos Lean propuestos. Este flujo puede retornar nuevamente al sistema agrícola por consumo interno como in­sumo reutilizado para procesos de cultivo o tam­bién al proceso final de distribución en la cadena de abastecimiento agrícola para consumo externo. Por lo anterior, la secuencia de actividades pro­puesta en la metodología establece un enfoque de transformación de mermas. La Tabla 2 presenta el alcance de cada actividad.

2.1 Caso de estudio

La validación del enfoque metodológico se hizo en una finca dedicada al cultivo y procesamiento de café pergamino ubicada en el municipio de Machetá, Colombia. La producción de café en esta zona genera cosechas en cuatro ciclos de recolec­ción durante el año. La cosecha principal se presenta entre los meses de octubre y enero.

Figura 1. Enfoque metodológico Lean para aprovechamiento de mermas.

Tabla 2

Descripción y alcance de las actividades propuestas en el enfoque metodológico

La finca cuenta con sesenta mil (60.000) plantas de café registrando desde el año 2015 rendimientos variables de producción entre 7,5 a 14 toneladas al año. La transformación de café se desarrolla por la técnica “vía húmeda” en etapas de recolección, despulpado, fermentación, lavado, secado, descas­carillado y empacado de café pergamino. El pro­ceso de tostado no se realiza en la finca por lo cual se consolida el grano en un centro de acopio y se transporta a la tostadora.

De acuerdo con los registros de control de calidad, se identifican mermas en procesos de cosecha y de transformación. Las mermas de cosecha se clasifi­can en tres categorías: frutos verdes, frutos sobre maduros y frutos defectuosos que están perfora­dos por broca, astillados o negros. Por otra parte, durante el proceso de transformación de café per­gamino se generan mermas de pulpa, mucílago y cascarilla en los procesos de despulpado, lavado y descascarillado respectivamente. En la Figura 2 se presenta la probabilidad de uso de fruto de café recolectado según los registros promedio obteni­dos en las cosechas anuales desde 2015 hasta 2020.

De acuerdo con el uso del fruto de café en la finca de estudio, por cada 1000 kg de cereza de café co­sechada se obtiene aproximadamente 390 kg de Café pergamino transformado. Debido a esta pro­porción, se sustenta un alto volumen de mermas derivadas de procesos de cosecha, así como de transformación. Por la edad productiva del cultivo, se proyecta un crecimiento en el rendimiento de producción al que de manera proporcional tam­bién se espera el incremento en el volumen de mermas. Desde el año 2015 se han registrado en promedio 6,7 toneladas anuales de merma de co­secha y transformación, conformando así un volu­men potencial de insumos para generación de nuevos productos. En la Figura 3 se presentan el volumen de mermas registradas hasta el año 2022. La pulpa de café como merma de transformación y los granos defectuosos como merma de cosecha son las que representan la mayor proporción del total de mermas, registrando desde 2015, 13,4 t/año y 7,7 t/año respectivamente.

2.2 Aplicación del enfoque metodológico Lean

Según las características de producción de café pergamino y la generación de mermas en la finca de estudio, se implementan las actividades pro­puestas del enfoque metodológico para usar las mermas identificadas. A continuación, se describen los resultados obtenidos aplicando cada actividad propuesta del enfoque metodológico.

Figura 2. Probabilidad de uso del fruto de café en la finca cafetera de estudio.

Figura 3. Registro de toneladas de merma anual desde el año 2015.

2.2.1 Identificar nuevos productos

El uso de material or­gánico derivado del proceso de transformación del café determinan que la pulpa, el mucílago y la cas­carilla pueden ser utilizados como insumos para generar energía mediante procesos anaeróbicos (Czekala et al., 2023). Adicionalmente, este material orgánico y los granos defectuosos son insumos para la producción de biofertilizantes, suplementos alimenticios, la industria cosmética o la generación de fertilizantes mediante compostaje mediante procesos aeróbicos (Hoseini et al., 2021).

Considerando las 6 clases de merma identifica­das en el proceso de recolección y transformación de café pergamino y la posibilidad de transformar­las en productos, puede considerarse un problema de decisión multicriterio. Para ello, en la actividad de identificación de nuevos productos se imple­menta la técnica de Proceso Analítico Jerárquico (AHP) por su compatibilidad para dar solución a este tipo de problemas. La técnica AHP realiza eva­luaciones por pares aplicando una escala de 1 a 9 recomendada por Saaty (2008), de las que se obtienen pesos relativos para cada criterio. Los produc­tos secundarios se evalúan por pares generando pesos relativos por cada uno. Las consideraciones de aplicación para identificar y seleccionar el nuevo producto son consensuadas con el administrador y el dueño de la finca obte­niendo los siguientes criterios: Inversión (I), Facilidad de Implementación (FI), Impacto Social (IS) y Protocolo de Seguridad (PS). A su vez, del criterio de inversión se derivan los subcriterios de inversión en Almacena-miento (A), inversión en Transporte (T) e inversión en Equipos (E). Las alternativas de selec­ción de productos secundarios consideradas de in­terés por el adminis-trador de la finca son biogás (B), Compost para cultivo (C) y briquetas (Bq). Las rela­ciones de combinación de criterios, subcriterios y productos secundarios se representan en la Figura 4.

Los resultados de la técnica AHP determinan que el producto seleccionado es el Compost para cul­tivo (C) con una calificación del 66%. En la Tabla 3 se presenta el detalle de los resultados.

2.2.2 Mapear el flujo de valor

En el mapeo de flujo de valor se parte de la identi­ficación de las fases generales de transformación del producto principal. Es imprescindible que el pro­ductor identifique “puntos críticos” en todo el pro­ceso que permitan generar acciones de intervención funda-mentadas en principios Lean (Hartman, 2015). En la finca de estudio se identifica que en la trans­formación de café pergamino está conformado por las fases: pesaje, despulpado, fermentado, lavado, secado, descascarillado y empaque.

Figura 4. Árbol de criterios y alternativas de selección de productos secundarios.

Tabla 3

Descripción y alcance de las actividades propuestas en el enfoque metodológico

A: Almacenamiento; T: Inversión en transporte; E: Inversión en equipos.

I: Inversión; FI: Facilidad de Implementación; IS: Impacto Social; PS: Protocolo de Seguridad.

Figura 5. Mapeo de flujo de valor transformación café pergamino.

En la Figura 5 se presenta el mapeo de flujo de va­lor que incluye el proceso actual de transformación de café pergamino, teniendo en cuenta cantidades promedio de abastecimiento de cereza de café registradas en los 4 ciclos de cosecha del año 2020.

El VSM diseñado registra parámetros del proceso actual de transformación de café pergamino. Los datos principales identificados en el mapeo son:

- Los indicadores registrados en las cajas de datos a lo largo del flujo del VSM corresponden a la cantidad en kilogramos de producto agrícola en proceso de transformación y que cumple con condiciones de calidad para pasar al siguiente proceso (PPQ). De la misma manera se registra el indicador de porcentaje de merma promedio que no es transformada en cuatro de los seis procesos de transformación de café pergamino.

- La relación de transformación de cereza en café pergamino es de 1 a 0,55 aproximadamente. Al fina­lizar el proceso de transformación, se almacena du­rante siete días el grano de café pergamino para luego abastecer en promedio 420 kg semanalmente al centro de acopio donde realizarán proceso de tostado.

- Las actividades de agregación de valor en el pro­ceso de café pergamino acumula un total de 16.310 minutos por ciclo. El proceso de fermentado y se­cado participan con mayor proporción sobre este tiempo. Por otra parte, se acumulan 10.612 minutos que no agregan valor destinados a tiempos de almacenamiento de cereza de café después de cosecha, ineficiencias por reprocesos, transportes, esperas, entre otros.

2.2.3 Identificar Muda de proceso

Para el diseño eficiente de nuevos procesos de transformación es importante centrarse en lo que realmente agrega valor en sus operaciones. Para ello es determinante identificar e intervenir muda de proceso ya que su presencia puede restringir signi­ficativamente el rendimiento. En el sector agrícola las muda más frecuentes son el exceso de transporte, inventarios, movimientos y defectos en procesos agrícolas (Bicheno, 2004). Como parte del estudio, se realiza esta identificación en dos momentos, el primero de ellos a través de visitas en campo direc­tamente en el proceso actual de transformación de café pergamino y el segundo mediante consulta con expertos en procesos de compostaje.

Las visitas en campo se programaron en cada una de las seis etapas que comprenden la transforma­ción del café pergamino, con una temporalidad se­manal de muestreo durante cuatro meses, en los cuatro ciclos de cosecha del año 2021. Se recolecta­ron datos de frecuencia para cada muda y activida­des que no agregan valor. En el análisis de datos re­colectados se identifican patrones de frecuencia que determinarán las prioridades de intervención del proceso. Por otra parte, para identificar ineficien­cias en el proceso propuesto se obtiene la proyec­ción de frecuencia de muda de acuerdo con la consulta con expertos técnicos en compostaje. Ini­cialmente se identifican las 4 fases principales que conforman el proceso: mesófila, termófila, enfria­miento y madurez (Bohorquez, 2019). Esta identifi­cación permite determinar la conexión de flujos de merma entre los procesos de transformación de café pergamino y el de transformación de merma. En la Tabla 4 se presentan los resultados específicos de identificación de riesgo de muda en los dos pro­cesos de transformación.

De acuerdo con los registros de identificación de muda, en los procesos que conforman la transfor­mación de café pergamino se identifica mayor frecuencia de reprocesos y tiempos de espera. La muda con menor frecuencia es transporte y en el caso específico sobreproducción no presenta re­gistro. Los procesos señalados como puntos críti­cos de intervención son pesaje y empacado por­que internamente registran la mayor proporción de muda. En el caso del proceso de compost se identifica que la etapa con mayor riesgo de fre­cuencia de muda es la termófila. Adicionalmente, se identifica que la muda con mayor frecuencia es el tiempo de espera y la de menor frecuencia es movimiento al igual que transporte.

Los resultados generales también permiten resumir las siguientes causas.

1. Errores de recolección de cosecha que incluyen granos dañados o verdes que son descartados.
2. Tiempos de procesamiento más largos de lo ne­cesario con mayor consumo de energía y recursos.
3. Lotes de granos de café que pasan por procesos de selección y limpieza en dos ocasiones o más.
4. Desplazamiento de granos de café de un lugar a otro sin un propósito claro.
5. Lotes de granos de café en espera prolongada para pasar a la siguiente etapa de proceso.
6. Secado excesivo o innecesario de lotes de café.
7. Pérdida de granos de café por inadecuada ma­nipulación en algunas etapas de procesamiento.
8. Tiempos prolongados de almacenamiento de café pergamino que generan degradación de material.
9. Retrasos en el suministro de mermas.
10. Demoras en descomposición por mezclas des­balanceadas de material orgánico.
11. Variaciones de temperatura o presión por volu­men excesivo de material.
12. Defectos generados por la ausencia de control de la relación carbono/nitrógeno.
13. Desplazamiento de material en proceso de transfor-mación de un lugar a otro sin ningún propósito.

De lo anterior, las frecuencias en que se presentan los desperdicios en cada proceso, así como las actividades que no agregan valor en los procesos determinan los puntos críticos de inter­vención en el plan de mejora-miento en la última etapa del enfoque metodológico para aprovecha­miento de mermas.

2.2.4 Implementar flujo de trabajo

En el diseño de nuevos procesos es necesario pla­near las tareas y/o actividades que se realicen de manera eficiente y fluida, ya que un flujo de trabajo planificado permite controlar la calidad de los productos en la medida que se van transformando en las diferentes etapas del proceso. Además, se completan las tareas en menos tiempo reduciendo esperas innecesarias de recursos y eliminando la acumulación de inventarios.

Para el caso de transformación de café pergamino, la recolección de cereza se efectúa en el segundo semestre del año durante 4 ciclos, cada uno de ellos de 30 días. Entre cada ciclo hay un pe­riodo de espera o descanso del cultivo de 15 días.

Así, el proceso de transformación de café pergamino se programa en lotes semana­les (2 por ciclo), comenzando a transfor-marse el lote 1 en la semana 2 y culminando el lote 8 en la semana 15. Teniendo en cuenta estas condiciones de abastecimiento, en la Figura 6 se ajusta el flujo de trabajo para el proceso propuesto de compost.

En la implementación de flujo de trabajo en el pro­ceso de transformación de compostaje se aplican tiempos promedio de 2 a 3 semanas para cada una de las fases mesófila, termófila y enfriamiento (Bohorquez, 2019).

Tabla 4

Hoja de verificación para identificación de muda en los procesos de transformación de café pergamino

(SP) Sobre procesamiento, (E) Espera, (M) Movimiento, (D) Producto Defectuoso, (I) Inventario, (T) Transporte, (SPD) Sobre producción.

Figura 6. Flujo de trabajo para proceso de compost.

Este tiempo puede extenderse por factores de canti-dad y composición de la merma, la temperatura, el tamaño de apilamiento, frecuencia de volteo, entre otros. El tiempo de la fase de madurez también varía de acuerdo con la calidad y estabilidad de compost deseado, iniciando su procesamiento desde la semana 8 y disponible como fertilizante varias semanas o meses después. Así, se proyecta que la secuencia de ajuste hasta la fase de enfriamiento culmine con el lote 8 en la semana 22, quedando paralelamente la etapa de maduración en proceso. Los tiempos de proce­samiento registrados en la Figura 6 son estimacio­nes que pueden extenderse por los factores mencionados.

2.2.5 Trazabilidad

Todo proceso de transformación agrícola integra necesidades de control transversales al cultivo, abastecimiento de insumos, transformación, trans­porte y comercialización (Hualpa & Rangel, 2023). En el caso específico, la planeación del flujo de tra­bajo debe contar con un sistema de seguimiento enfocado en la medición de datos para la asigna­ción eficiente de recursos. De acuerdo con el objeto de estudio, se establecen indicadores que permiten hacer seguimiento a los niveles de transformación de merma, el tiempo de no agregación de valor y la frecuencia de muda en el proceso de transfor­mación. De esta manera, los indicadores propues­tos para la trazabilidad en el aprovechamiento de mermas en procesos de transformación agrícola son los siguientes:

La ecuación (1) calcula la relación porcentual de cantidad de merma transformada comparada con la cantidad total de producto agrícola a procesar. Este indicador puede ser medido de manera des­agregada en cada merma y su frecuencia de medi­ción puede ser por ciclo o anual según sea el objeto de trazabilidad. Por su parte, la ecuación (2) calcula la sumatoria de frecuencia de muda presente en un proceso de transformación desde el primer hasta el cuarto ciclo de cosecha. La frecuencia de medición también puede ser semanal o por ciclo según sea el objeto de trazabilidad. Finalmente, la ecuación (3) mide el tiempo que no agrega valor a partir de la diferencia entre el tiempo total de procesamiento y el tiempo de agregación de valor. Su frecuencia de medición es por cada ciclo entre cosecha.

2.2.6 Mejora continua

En la actividad de mejora continua convergen los resultados obtenidos para diseñar los planes de in­tervención en conjunto con los actores del sistema que son el agricultor y/o trabajadores. Esto es nece-sario para que de manera inte­gral se determinen mejoras en las rutinas y prácticas de transformación. También se busca faci­litar la comunicación y fomen-tar el compromiso con las tareas que se definan para lograr un proceso equilibrado que reduzca inefi-ciencias de proceso y aumente las acciones de agregación de valor (Melin & Barth, 2020).

Como herramienta visual para el desarrollo de estrategias y acciones del plan de mejoramiento, se consolida a través un mapa de cadena de valor futuro (VSM) los resultados de las actividades previas. En este caso, la “identificación de nuevos productos” genera nuevas líneas de transformación para aprovechamiento de mermas de procesos actuales. Por su parte, el “mapeo de la cadena de valor” y la “identificación de desperdicios en procesos muda”, definen áreas de intervención en el proceso de transformación agrícola actual de café pergamino y los objetivos de eliminación de muda. Finalmente, “implementar flujo de trabajo” y “trazabilidad de procesos” permiten alinear flujos y secuencias de transformación de mermas teniendo en cuenta los tiempos y ciclos de cosecha. A partir de estos flujos, se hace seguimiento mediante las métricas para medir el progreso de los objetivos definidos. La articulación visual de los resultados de actividades previas para la mejora continua se presenta en la Figura 7 registrando datos promedio de transformación en cosechas del año 2021 y 2022.

A diferencia del VSM actual presentado en la Figura 5, el VSM futuro de la Figura 7 articula los flujos de merma a un nuevo proceso de transformación de compostaje que retorna nuevamente al cultivo de café. Este nuevo proceso registra tiempos de agre­gación y no agregación de valor estableciendo pa­rámetros de intervención y mejora en áreas de pro­ceso demarcadas con nubes Kaizen que simbolizan actividades de intervención. A partir de esta visua­lización se define el plan de mejoramiento confor­mado por acciones específicas para reducir o elimi­nar muda e incrementar la proporción de tiempo dedicado a actividades que agregan valor. En la Tabla 5 se registran las actividades que se proponen para mejorar gradual y constantemente el desem­peño de los procesos de transformación agrícola.

El plan de mejora enmarca sus acciones al diseño de procedimientos con capacitaciones y segui­miento en procesos donde hay mayor proporción de muda. De la misma manera, establece acciones de ajuste de flujo de trabajo en actividades que no agregan valor y que están asociadas a pérdidas de tiempo.

3. Resultados y discusión

El enfoque metodológico propuesto se implementó durante los periodos de cosecha del año 2021 y 2022. Al comparar el rendimiento de producción de grano de café del año 2021 con los años anteriores, se identifica una disminución de volumen de cose­cha causada principalmente por la baja disponibili­dad de recolectores en momento de pandemia. Sin embargo, para el año 2022 se presenta retorno a la estabilidad de este volumen de recolección.

De manera específica, el ratio de transformación de merma (RTM) tiene un comportamiento creciente desde el segundo ciclo de 2021, pasando del 62% al 97% de transformación. Estos valores están suje­tos al volumen de mermas que se obtienen tanto en la cosecha como en la producción de café per­gamino.

Figura 7. VSM futuro para diseño de plan de mejoramiento continuo.

Tabla 5

Plan de mejoramiento continuo en procesos de transformación del caso de estudio

Los registros de transformación de merma presen-tan mayor proporción en el cuarto ciclo de cada año. La proporción de transformación llega a un máximo de 97% dado que una cantidad mínima de merma contiene elementos grasos que pueden dificultar la aireación y degradación del material in­cumpliendo con los parámetros para iniciar pro­ceso de compostaje. De lo anterior, el pro­medio de transformación de merma en los últimos 2 años es del 86%. En la Figura 8 se registran los comporta-mientos de transformación de mermas obtenidas en los 4 ciclos de cosecha del año 2021 y 2022.

Con respecto al indicador de frecuencia de muda también se presentan resultados favorables en los dos procesos de transformación. Tanto para el pro­ceso de café pergamino como el de compostaje presentan reducción de muda al 35% y 50% res­pectivamente. Estos resultados son consecuencia de la redefinición de procedimientos y el ajuste de flujo de trabajo que mitigan acciones de reproceso y tiempos de espera principalmente. En la Tabla 6 se presentan los cambios de frecuencia de muda antes y después de la intervención del plan de mejoramiento.

La reducción de muda es un proceso continuo que requiere de una constante recolección de datos en campo. De la misma manera como se obtuvieron registros para identifica­ción de muda, se sugiere repetir el proceso de verificación con una tempora-lidad semanal de muestreo durante los 4 ciclos de cosecha cada año. De esta manera, se actualiza el plan de intervención para seguir reduciendo al mínimo la frecuencia de muda.

Tabla 6

Cambios en la frecuencia de muda antes y después de la intervención del plan de mejoramiento

* Resultados previos a la identificación de muda en el proceso.

Finalmente, en el indicador de tiempo de no agre­gación de valor se obtienen resultados favorables para el proceso de transformación de café perga­mino ya que se evidencia una reducción promedio del 30,3% en el tiempo, pasando de 10612 minutos antes del año 2020 a 7392 minutos entre los años 2021 y 2022. Esta reducción obedece al efecto de las actividades de intervención del plan de mejora­miento continuo, presentando resultados significa­tivos en las activida-des de almacenamiento de fruto de café cosechado, los tiempos entre los procesos de pesaje a despulpado, fermentado a lavado, des­cascarillado a empaque y almacenamiento de producto terminado.

Figura 8. Proporción de transformación de mermas obtenido con la aplicación del enfoque metodológico.

En el proceso de compostaje, se registra un tiempo promedio de no agregación de valor de 20265 min, sujeto a reducción mediante futuros planes de intervención. En la Tabla 7 se presentan los registros obtenidos.

Según los datos anteriores, la reducción principal de tiempo se presenta en las actividades de alma­cenamiento de fruto de café y pergamino ajustadas mediante flujo de trabajo que eliminan tiempos de espera en procesos de recepción y envío. Los resul­tados evidencian el cumplimiento del objetivo del enfoque metodológico propuesto para provecho de las mermas en procesos de transformación agrí­cola. Otro resultado significativo es el aporte del plan de intervención como herramienta de mejora continua para reducir las mudas identificadas y pro­mover actividades de valor agregado coincidiendo con los planteamientos de Fladkjaer & Pejstrup (2018). Si bien, la aplicación del enfoque metodoló­gico se trabajó en una finca cafetera, sus actividades de intervención son repli­cables en otros sistemas de cultivo en los que se evidencien mermas de cosecha y/o de transforma­ción de productos agrícolas.

Aunque el concepto Lean nace en sistemas de ma­nufactura, con este estudio se demuestra una vez más su aplicabilidad en el sector agrícola ya que cualquier sistema de cultivo es susceptible de me­jorar la gestión de sus procesos (Martins et al., 2023). Así, cualquier sistema de cultivo es perma­nente o transitorio puede implementar sin restric­ciones las seis actividades del enfoque metodoló­gico Lean para aprovechamiento de mermas. Con la secuencia descrita en la Figura 1 se puede aportar como solución a la falta de claridad metodológica para llevar a cabo la implementación de principios Lean (Baumont et al., 2020) generando productos secundarios que sirvan para autoabastecer el cul­tivo o distribuir a productores externos como es el caso del compostaje.

Para obtener éxito con el enfoque metodológico propuesto, es fundamental que exista participación y comunicación entre los dife­rentes actores del sistema de cultivo: productores, trabajadores en procesos de transformación, distri­buidores, entre otros (Barth & Melin, 2018)​. Para lo­grar objetividad en los resultados parciales de cada actividad, princi-palmente en la que se define el plan de interven-ción para la mejora continua. Se integraron capaci-taciones a los trabaja­dores de la finca cafetera en el contexto lean, adop­ción de prácticas de trabajo seguro y la creación de equipos colaborativos para la identificación y re­ducción de actividades que no agregan valor. Lo anterior garantizó la efectividad en los resultados, principalmente en la reducción de tiempo sin valor añadido a través de la aplicación de la herramienta de mapeo de flujo de valor. Esto coincide con los resultados obtenidos en otros estudios como se presenta en la Tabla 8.

De acuerdo con la comparación de resultados pre­sentados en la Tabla 8, se identifica el impacto co­mún de reducción de tiempo de no agregación de valor al implementar lean en procesos de transfor­mación. Aunque no en todos los casos se obtiene el mismo porcentaje de reducción, se evidencia un tiempo menor después de adoptar principios lean. Esto se traduce en mejoras considerables y escala­bles para un sistema agrícola demostrando el po­tencial que tiene esta metodología como soporte de mejora continua.

Tabla 7

Resultados promedio de reducción en tiempos de no agregación de valor

Tabla 8

Comparación de resultados de reducción en tiempos de no agregación de valor con otros estudios

4. Conclusiones

En la literatura se registran estudios enfocados al mejoramiento de procesos existentes sin considerar las mermas que pueden usarse para el diseño de nuevos productos. Por lo anterior, el enfoque me­todológico propuesto se puede considerar como herramienta de diseño de nuevos procesos de transformación que involucra acciones de mejora continua susceptibles de adaptación a las particula­ridades y/o características específicas de cada sis­tema de cultivo, los recursos disponibles y las de­mandas del mercado, aplicando seis actividades enmarcadas en cinco principios Lean. Lo anterior es un aporte que converge en las acciones de diseño de nuevos procesos y la transformación de mermas de cosecha para la generación de nuevos productos.

Como resultado de la implementación del enfoque metodológico en la finca cafetera de estudio, se lo­gran tres resultados principales que son a) 86% de transformación de mermas en los dos últimos dos años mediante la adaptación de nuevos flujos de conversión de material compostable derivados de las etapas de especificación de valor y flujo de tra­bajo propuestas en el enfoque metodológico, b) 35% y 50% de reducción de muda en procesos de transformación actual como propuesto mediante la implementación de la etapa de identificación de flujo de valor y finalmente c) 30,3% de reducción de tiempos de no agregación de valor mediante la etapa de perfeccionamiento en la que se imple­mentan acciones de trazabilidad y mejora continua. Estos resultados demuestran que el enfoque meto­dológico no solo es efectivo en transformar mer­mas y optimizar procesos, sino que también mejora la eficiencia operativa de las prácticas agrícolas en la finca cafetera.

Es considerable validar el enfoque metodológico en otros sistemas de producción agrícola que permita verificar la efectividad en sus resultados, ya que existen otras opciones de procesos secundarios di­ferentes al compostaje. Por ejemplo, la generación de energía con materiales orgánicos, la producción de fibras vegetales para nuevos textiles, productos alimenticios para animales, obtención de productos químicos o farmacéuticos, entre otros. De esta ma­nera, cualquier proceso secundario se adaptaría al proceso ya existente conformando nuevas alterna­tivas de ingreso para el productor. La implementa­ción exitosa de este enfoque podría generar nuevas alternativas de ingresos para los productores agrí­colas, contribuir a la sostenibilidad de los sistemas de producción y reducir el impacto ambiental de la agricultura.

Se requieren investigaciones adiciona­les y esfuer-zos de colaboración para desarrollar y difundir este enfoque de manera efectiva en distin­tos tipos de cultivo para evidenciar sus condiciones de aplica-bilidad en general.

Contribución de los autores

A. Hualpa-Zuñiga: Conceptualización, Curación de datos, Escritura, Revisión, Edición. H. Felizzola-Jiménez: Análisis formal, Visualización. C. Arango-Londoño: Análisis formal, Visualización. J. Rangel-Díaz: Análisis formal.

Conflictos de Interés

Los autores declaran no tener conflictos de interés.

ORCID

A. Hualpa-Zuñiga https://orcid.org/0000-0002-5232-6526

H. Felizzola-Jiménez  https://orcid.org/0000-0003-3149-8182

C. Arango-Londoño  https://orcid.org/0000-0002-6026-3107

J. Rangel-Díaz  https://orcid.org/0000-0001-7746-8232

Referencias bibliográficas

Andersson, K., Eklund, J., & Rydberg, A. (2020). Lean Inspired development work in agriculture: Implications for the work environment. Agronomy Research, 18(2), 324-345. doi.org/10.15159/AR.20.043.

Barth, H., & Melin, M. (2018). A green lean approach to global competition and climate change in the agricultural sector: A Swedish case study. Journal of cleaner production, 204, 183-192. doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.09.021.

Baumont, F., Forbes, H., Schaefer, D., & Milisavljevic, J. (2020). Lean Principles in vertical farming: A Case study. 53rd Conference on Manufacturing Systems. Chicago: Procedia CIRP.

Bella, I., Danusaputro, S., & Nurprihatin, F. (2024). The implementation of Lean Six Sigma approach to minimize waste at a food manufacturing industry. Journal of Engineering Research, https://doi.org/10.1016/j.jer.2024.01.022.

Bicheno, J. (2004). The New Lean Toolbox: Towards Fast, Flexible, Flow. Buckingham, UK.: Moreton Press.

Bohorquez, W. (2019). The composting process. Bogotá, Colombia: Unisalle Editions. ISBN 978-958-5486-67-6.

Caicedo, N., Garcia, G., & Montoya, J. (2019). Towards the integration of lean principles and optimization for agricultural production systems: A conceptual review proposition. Science of Food and Agriculture, 100(2), 453-464. https://doi.org/10.1002/jsfa.10018.

Caicedo, N., Garcia, G., Montoya, J., & Ramirez, L. (2020). A planning model of crop maintenance operations inspired in lean manufacturing. Computers and electronics in Agriculture, 179, 105852. https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105852.

Chairany, N., Hidayatno, A., & Suzianti, A. (2022). Risk Analysis Approach to Identifying Actions that Reduce Waste for a Lean Agricultural Supply Chain. Journal of Industrial Engineering and Management, 15(2), 350-366. https://doi.org/10.3926/jiem.3678.

Chavez, J., Osorio, F., Dominguez, F., Raymundo, C., & Altamirano, E. (2019). Lean production management model for SME waste reduction in the processed food sector in Peru. International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics. San Diego: Springer.

Czekala, W., Lukomska, A., Pulka, J., Bojarski, W., Pochwatka, P., Kowalczyk, A., Oniszczuk, A., & Dach, J. (2023). Waste to energy: Biogas potential of waste from coffee production and consumption. Energy, 276, 127604. https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.127604.

FAO. (2011). Global Food Losses and Food Waste. Retrieved from http://www.fao.org/3/i2697e/i2697e.pdf.

Fladkjaer, V., & Pejstrup, S. (2018). Lean in Agriculture: Create More Value with less work on the farm. Routledge. Taylor & Francis Group.

Forrester, P., Kazumi, U., Soriano, H., Garza, J., & Cruz, L. (2010). Lean production, market share and value creation in the agricultural machinery sector in Brazil. Journal of Manufacturing Technology Management, 21(7), 853-871. DOI: 10.1108/17410381011077955.

Gonzalez, F., Huaman, V., Sotelo, F., & Ramos, E. (2020). Applying Lean Agriculture in Organic Apple Production: Case Study in Peru. Human Interaction, Emerging Technologies and Future Applications IHIET. Paris: Advances in Intelligent Systems and Computing. Springer.

Hartman, B. (2015). The Lean Farm: How to minimize waste, increase efficiency an maximize value and profits with less work. Chelsea Green.

Hoseini, M., Cocco, S., Casucci, C., Cardelli, V., & Corti, G. (2021). Coffee by products derived: A review. Biomass and Bioenergy, 148, 106009. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2021.106009.

Hualpa, A., & Rangel, J. (2023). Traceability in the agricultural sector: A review for the period 2017-2022. Agronomia Mesoamericana, 34(2), 51828. DOI: 10.15517/am.v34i2.51828.

Lermen, F., Echeveste, M., Peralta, C., Sonego, M., & Marcon, A. (2018). A framework for selecting lean practices in sustainable product development: The case study of a brazilian agroindustry. Journal of Cleaner Production, 191, 261-272. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.04.185.

Manrique, S., Sabogal, K., Sotelo, F., & Ramos, E. (2018). Modelo of quality management applied in lean green agriculture methodology: A research in Perú. 18th LACCEI International Multi Conference for Engineering, Education and Technology. Florida, USA: Virtual Eition.

Martins, A., dos Anjos, F., & da Silva, D. (2023). The Lean Farm: Aplication of tools and concepts of lean manufacturing in agropastoral crops. Sustainability, 15(3), 2597. https://doi.org/10.3390/su15032597.

Melin, M., & Barth, H. (2018). Lean in swedish agriculture: strategic and operational perspectives. Production Planning & Control, 29(10), 845-855. DOI: 10.1080/09537287.2018.1479784.

Melin, M., & Barth, H. (2020). Value Stream mapping for sustainable change at a Swedish dairy farm. Environment and waste management, 25(1), 130-140. DOI:10.1504/IJEWM.2020.104367.

Parffit, J., Macnaughton, S., & Barthel, M. (2010). Food waste within food supply chains: Quantification and potential for chage to 2050. Philosophical Transactions of the Royal Society Biological Sciencies, 365, 3065-3081. https://doi.org/10.1098/rstb.2010.0126.

Pearce, D., Dora, M., Wesana, J., & Gellynck, X. (2021). Toward sustainable primary production through the application of lean management in South African fruit horticulture. Journal of Cleaner Production, 313, 127815. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127815.

Perdana, T., Sadeli, A., Hermiatin, F., & Ginanjar, T. (2019). Lean management in the rice industry: case study at Widasari, Indramayu District. IOP Conf: Earth and Environmental Science. IOP Publishing.

Saaty, T. (2008). Relative measurement and its generalization in decision making: Why pairwise comparisons are central in mathematics for the measurement of intangible factors. Royal Spanish Academy of Sciences, 102(2), 251-318. https://doi.org/10.1007/BF03191825.

Vinicius, L., Mahlmann, L., Giraldo, F., Hofmann, N., Frozza, R., Aldana, S., & Taborda, C. (2018). A model for Lean and Green integration and monitoring for the coffee sector. Computers and Electronics in Agriculture, 62-73. https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.03.034.

Womack, J., Jones, D., & Roos, D. (1991). The machine that changed the world: The Story of lean production. Harper Collins.