Operational model to improve productivity by applying lean manufacturing and circular economy in an agricultural SME

Abstract

Agriculture is essential for sustainability and economic development due to growing demand for food and natural resources. In Peru, the industry has seen recent growth and is crucial for national advancement; however, it faces issues related with low productivity. Specifically, Peruvian agriculture SMEs have labor productivity lower than the average, significant food losses during storage and processing activities, as well as inefficient usage of irrigation water. A case study of a Peruvian company focused on agricultural exports, especially grape production, revealed a productivity rate of 0.77 kilograms of exportable grapes per kilogram of harvested grapes, below the industry standard of 0.85. The research aims to improve productivity of the exportable grapes processes by implementing an Operational Model that integrates lean principles, such as 5S, Standard Work, Kaizen, and Value Stream Mapping, with Circular Economy strategies including 3Rs and Life Cycle Assessment. To verify the effectiveness of the proposed model, the methodology included pilot tests implementations for lean tools and Montecarlo simulation for 3Rs, followed by an integrated simulation in Arena to obtain the final outputs. Results achieved expectations, achieving a 75.59% reduction in water footprint, reducing grape losses to 1.17% and improving the Food Loss Index by 58.31%. Additionally, labor productivity improved with a 38.50% reduction in average worker time for packing activities, resulting in an overall productivity increase to 0.85 kilograms of exportable grapes per kilogram harvested, meeting industry standards. Future research should address seasonal variability, consider reusing tools for irrigation, and conduct feasibility studies to improve storage technologies.

La agricultura es esencial para la sostenibilidad y el desarrollo económico debido a la creciente demanda de alimentos y recursos naturales. En Perú, la industria ha experimentado un crecimiento reciente y es crucial para el progreso nacional; sin embargo, enfrenta problemas de baja productividad. Específicamente, las pymes agrícolas peruanas tienen una productividad laboral inferior al promedio, significativas pérdidas de alimentos durante el almacenamiento y procesamiento, así como un uso ineficiente del agua de riego. Un estudio de caso en una empresa peruana enfocada en exportaciones agrícolas, especialmente en la producción de uvas, reveló una tasa de productividad de 0.77 kilogramos de uvas exportables por kilogramo de uvas cosechadas, por debajo del estándar de la industria de 0.85. La investigación busca mejorar la productividad en la producción de uvas a exportar mediante un Modelo Operacional que integra principios Lean, como 5S, Standard Work, Kaizen y Value Stream Mapping, con estrategias de Economía Circular, incluyendo las 3Rs y el Análisis de Ciclo de Vida. Para verificar la efectividad del modelo propuesto, la metodología incluyó pruebas piloto para herramientas Lean y simulación de Montecarlo para las 3Rs, seguida de una simulación integrada en Arena para obtener los resultados finales. Los resultados cumplieron con las expectativas, logrando una reducción del 75.59% en la huella hídrica, disminuyendo las pérdidas de uva al 1.17% y mejorando el Índice de Pérdida de Alimentos en un 58.31%. Además, la productividad laboral mejoró con una reducción del 38.50% en el tiempo promedio de los trabajadores en empaquetado, aumentando la productividad general a 0.85 kilogramos de uvas exportables por kilogramo cosechado, alcanzando el estándar de la industria. Las futuras investigaciones deberían abordar la variabilidad estacional, considerar la reutilización de herramientas para riego y realizar estudios de viabilidad para mejorar el almacenamiento.