Towards the integration of lean principles and optimization for agricultural production systems: a conceptual review proposition

Abstract

Operative planning in agricultural production has historically had the objective of improving yields and quality. Sowing, cropping, and harvesting are usually treated independently, and waste and the sustainability of operations are generally not integrated into operational planning methodologies for agricultural production. This study shows the need to have a clear and precise methodology to minimize waste in agricultural production systems to ensure sustainability. This need is addressed with a novel methodological guide to minimizing waste in agricultural operations, crop maintenance, and harvesting. The proposed methodology is founded on the use of lean manufacturing as a waste-management tool. Lean manufacturing principles allow agricultural operations and the variables that represent wastes to be identified, mathematical models to be built, constraints to be defined, and the cost of waste to be illustrated, as well as its minimization through an objective function. To guide implementation, we propose a conceptual model to explain the construction of a mathematical model that represents the development of decision variables on agricultural operations with the elements to consider and the constraints and theoretical proposal of the necessary objective function. The proposed conceptual model and the constructed methodology constitute a novel development within agricultural production systems that could be used by decision makers and farmers. © 2019 Society of Chemical Industry

La planificación operativa en la producción agrícola ha tenido históricamente el objetivo de mejorar los rendimientos y la calidad. La siembra, el cultivo y la cosecha generalmente se tratan de forma independiente, y los desechos y la sostenibilidad de las operaciones generalmente no se integran en las metodologías de planificación operativa para la producción agrícola. Este estudio muestra la necesidad de contar con una metodología clara y precisa para minimizar los residuos en los sistemas de producción agrícola para garantizar la sostenibilidad. Esta necesidad se aborda con una guía metodológica novedosa para minimizar los desechos en las operaciones agrícolas, el mantenimiento de cultivos y la cosecha. La metodología propuesta se fundamenta en el uso de la manufactura esbelta como herramienta de gestión de residuos. Los principios de manufactura esbelta permiten identificar las operaciones agrícolas y las variables que representan los desechos, construir modelos matemáticos, definir restricciones e ilustrar el costo de los desechos, así como su minimización a través de una función objetivo. Para orientar la implementación, proponemos un modelo conceptual que explique la construcción de un modelo matemático que represente el desarrollo de las variables de decisión sobre las operaciones agrícolas con los elementos a considerar y las restricciones y propuesta teórica de la función objetivo necesaria. El modelo conceptual propuesto y la metodología construida constituyen un desarrollo novedoso dentro de los sistemas de producción agrícola que podría ser utilizado por los tomadores de decisiones y los agricultores. © 2019 Sociedad de la Industria Química