Vista de logística La "velocidad de flujo" y la "densidad" son la clave para resolver los atascos: desentrañar los problemas de logística a través de Jamology
Los atascos pueden ocurrir en cualquier lugar, en las carreteras a los centros turísticos, en las rutas de cercanías durante las horas pico o cerca de una construcción. El profesor Katsuhiro Nishinari de la Universidad de Tokio llama al estudio de este fenómeno "jamología" y lo investiga desde una perspectiva científica. Definir atascos y manejarlos de manera científica puede proporcionar pistas para resolver problemas no solo relacionados con el tráfico sino también en campos como la logística y la producción. Le preguntamos al profesor sobre los atascos y los mecanismos para paliarlos.
Profesor del Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Tokio
Katsuhiro Nishinari
¿Por qué te interesaste en "jamming"?
La gente suele decir cosas como "Me quedé atrapado en un embotellamiento hoy", pero ¿cuál es la base de las situaciones que se denominan embotellamientos? ¿Estamos todos usando la palabra "mermelada" instintivamente sin ningún criterio o límite?
Cuando era estudiante, estudié dinámica de fluidos y me encontré con un ensayo que decía: “el flujo de los vehículos es similar al flujo del agua”, y eso realmente me abrió los ojos. Me di cuenta de que se podía percibir que el tráfico fluía en la sociedad al igual que se percibe que el agua y el aire fluían en la dinámica de fluidos, y si se pudiera manejar científicamente, entonces se podría resolver el atasco. Este fue el punto de partida de mi investigación hace 30 años.
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Fig. 1 Definición de atasco
¿Qué tipo de cosas son necesarias para definir la interferencia?
Los dos conceptos de "tasa de flujo" y "densidad" son importantes. En el caso del tráfico, la tasa de flujo es cuántos vehículos pasan por un lugar determinado. Por otro lado, la densidad es cuántos vehículos hay en un intervalo unitario. Si los vehículos se están moviendo es irrelevante. Para dilucidar la relación entre estos dos conceptos diferentes, se puede trazar un gráfico con la tasa de flujo (tasa de tráfico) en el eje vertical y la densidad en el eje horizontal (Fig. 1). Al principio, el gráfico sube hacia la derecha porque la tasa de flujo aumenta a medida que aumenta la densidad. Sin embargo, el caudal alcanza el pico en un punto determinado y, a partir de ese momento, el gráfico cae hacia la derecha. Este pico es el comienzo del atasco. Entendemos que antes del pico está el estado sin atasco y después del pico está el estado con atasco.
Hasta hace unos años, los atascos no podían expresarse en forma numérica y muchas personas los percibían instintivamente, pero ahora pueden expresarse como datos. En el caso de los vehículos, la densidad es de 25 vehículos por kilómetro. Eso es alrededor de 70 km por hora si se convierte en velocidad, y alrededor de 40 m si se convierte en distancia entre vehículos. Si mantener una distancia de 40 m entre vehículos se vuelve difícil cuando viaja por una autopista, entonces se encuentra en un embotellamiento.
La definición de atasco, es decir, la relación entre el caudal y la densidad, se puede aplicar no solo al tráfico, sino a cualquier tipo de flujo. Dado que el caudal siempre sube y luego cae, se pueden tomar medidas lógicas si el estado actual se compara con un gráfico de estados.
En el caso de las personas, por ejemplo, la densidad de población de 1,8 personas por 1 m 2 es el valor numérico para el punto límite de un atasco. Dado que se producirá un atasco una vez que se superen las 1,8 personas, puede intentar mejorar el grado de satisfacción de un servicio o lugar si idea medidas para evitar que se supere ese número.
La regla es “la prisa hace el derroche”
Realizas experimentos relacionados con los atascos de tráfico. ¿Qué tipo de cosas has aprendido de ellos?
Mencioné esto en la explicación que di sobre la definición, pero los experimentos han demostrado que, en lugar de viajar muy juntos en una autopista, las personas pueden viajar a un ritmo más rápido en general si mantienen una distancia adecuada entre sus vehículos (40 m). Cuando la distancia entre vehículos disminuye, la densidad aumenta, y esto provocará una pérdida de equilibrio con el caudal. A partir de ahí, se convertirá en un atasco.
Además, en un experimento en el que se comparó conducir en el carril lento más cercano al arcén durante un embotellamiento con tratar activamente de conducir más rápido en el carril de adelantamiento, aprendimos que los vehículos que continúan viajando en el carril lento pueden llegar antes a su objetivo. Dado que hay muchos cruces de entrada y salida, la gente imagina que tomará mucho tiempo, pero una vez que toda la autopista se congestiona, aumenta la cantidad de vehículos que cambian al carril de adelantamiento para conducir más rápido. En consecuencia, la densidad de vehículos en el carril de adelantamiento aumenta, lo que aumenta la probabilidad de que se produzca un atasco, mientras que el tráfico en el carril lento fluye inesperadamente sin problemas.
Algo similar ocurre en los peajes de las autopistas. Para una autopista de dos o tres carriles, se proporcionan muchas puertas de peaje (Fig. 2). Sin embargo, muchos vehículos se dirigen al centro ya que la distancia a la puerta es más corta, lo que genera filas de espera allí. Cuando eso sucede, las puertas en los lados más alejados del centro están relativamente descongestionadas.
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Fig. 2 “La prisa hace el derroche” en los peajes
Por lo que incluso cuando seleccionamos la opción que normalmente es la más rápida, puede ser una elección equivocada.
La regla a seguir es "la prisa hace el desperdicio", pero las personas rara vez toman decisiones basadas en ella. Incluso si se anuncia que se debe tomar el siguiente tren cuando los trenes se retrasan debido a las horas pico oa un accidente, muchas personas aún intentan subirse al tren que tienen delante. Si piensas en esto como individuo, intentarás forzarte a subir al tren porque eso te permitirá llegar antes a tu destino. Sin embargo, dado que el hecho de subirse al tren hará que el tren se retrase aún más y empeore el estado de congestión general, es mejor esperar al próximo tren. En el nivel individual, el próximo tren a menudo estará menos lleno, por lo que es posible que pueda viajar más cómodamente. Desearía que la gente estuviera lo suficientemente relajada como para tener el margen de maniobra para no subirse al tren repleto justo en frente de ellos.
¿Hay investigaciones sobre otros tipos de mermeladas?
Los resultados de la investigación sobre los atascos de hormigas han llamado la atención. Las hormigas se mueven en línea, pero se descubrió que no se producen atascos. Una hormiga secreta feromonas y las deposita aquí y allá en el suelo mientras camina, y luego la siguiente hormiga la sigue confiando en esas feromonas. La concentración de feromonas es fija mientras que la velocidad es fija, si las hormigas se agrupan más juntas, la cantidad de feromonas depositadas aumenta, lo que da como resultado una concentración más alta de lo normal. Se cree que las hormigas que lo han detectado ajustan su velocidad para que se mantenga una distancia adecuada entre ellas. Creo que esta es una capacidad para evitar la congestión que las hormigas han adquirido a través del proceso evolutivo.
Esto es increíble. Los humanos seguimos tan atormentados por los atascos como siempre.
Además de la pérdida de tiempo, las desventajas de los atascos también incluyen el aumento del riesgo de accidentes. El incidente de aplastamiento que ocurrió en un paso elevado para peatones en un evento de fuegos artificiales en la ciudad de Akashi en 2001 fue causado por un aumento anormal en la densidad de peatones. Asimismo, muchas personas han muerto en incidentes ocurridos en peregrinaciones a La Meca donde se reúnen decenas de miles de personas. También en Itaewon, Corea del Sur, una aglomeración de personas resultó en la muerte de 158 personas en 2022. Fue causado por la gente que fluía en ambas direcciones excediendo la capacidad del callejón. Este incidente podría haberse evitado si el flujo se hubiera controlado adecuadamente.
Los atascos parecen ser un problema, pero ¿hay campos en los que son una ventaja?
Hay algunos campos. Por ejemplo, como la economía se puede definir como el flujo de dinero, se podría decir que el flujo no se atasca para los pobres. Empecé con la jamología porque odio las mermeladas, pero agradecería una mermelada con respecto al dinero (risas).
Apuntando a la optimización general compartiendo información apropiada
También se producen atascos en campos como la logística y la producción.
En las bases logísticas se realizan diversos trabajos, incluyendo la llegada, desembalaje, organización, almacenamiento, selección, procesamiento, inspección, embalaje y envío de mercancías. Hay saber hacer y sabiduría acumulados en cada proceso, y siempre nos esforzamos por hacerlo más eficiente. Sin embargo, existe un límite para los esfuerzos de cada proceso, ya que incluso si uno de los procesos mejora su velocidad de trabajo, no siempre conducirá a una mayor eficiencia. Si el siguiente proceso aún se lleva a cabo a la misma velocidad, se producirá un atasco en el límite entre el proceso anterior y el siguiente, y será necesario implementar un búfer.
Para aliviar la congestión, es importante considerar esto desde la perspectiva no de una optimización parcial sino de una optimización general. Tal método consiste en medir primero cada tiempo de trabajo individualmente. Esto le permitirá encontrar áreas que realizan el trabajo especialmente rápido y luego reducir las velocidades de procesamiento para que coincidan con las operaciones más lentas para que la velocidad general coincida. Sin duda, es importante hacer esfuerzos para mejorar la velocidad de trabajo, pero si el trabajo realizado después es lento, el número final de envíos no aumentará y la eficiencia de la operación en general no mejorará. Si los procesos que realizan el trabajo rápidamente reducen su velocidad, el inventario intermedio disminuirá. Lo importante no es aumentar la velocidad sino optimizar la operación general.
¿Puede hablarnos de otros casos en los que se hayan resuelto problemas centrándose en el caudal y la densidad?
Uno de estos casos son los aeropuertos. Cuando los vuelos internacionales llegan a un aeropuerto, la cantidad de personas en el aeropuerto aumenta repentinamente y se producirá un atasco si se excede la capacidad de procesamiento de las puertas de inmigración. Sin embargo, las aerolíneas ya cuentan con datos relevantes que incluyen el número de pasajeros, el número de extranjeros y la cantidad de equipaje. Si el aeropuerto pudiera recibir dicha información de antemano, podría ajustar su sistema para recibir pasajeros en consecuencia. Hasta hace poco, las aerolíneas manejaban individualmente dichos datos, pero se hizo un movimiento para compartir la información con el aeropuerto de Narita, y los turnos del personal involucrado en la inspección de inmigración comenzaron a organizarse en base a eso. La congestión en las puertas se puede aliviar aumentando la cantidad de personal en los días en que muchas personas ingresarán al país. En términos de jamología, aumentar la tasa de flujo (es decir, la cantidad de personas que pasan por las puertas) al aumentar la cantidad de personal puede permitir que las personas pasen por las puertas sin que se produzca un atasco, incluso si la densidad (es decir, el estado de congestión) es lo mismo. Por el contrario, la cantidad de personal puede reducirse en los días en que menos personas ingresarán al país, lo que lleva a una reforma en las horas de trabajo de los empleados.
La gestión integral de dicha información permite aliviar aún más varios atascos. A todos nos resulta difícil trabajar en medio de la incertidumbre, pero la carga puede reducirse pronosticando el futuro. Lo mismo se aplica no solo a los aeropuertos sino también a otras industrias.
Aplicado a la logística, ¿puede decirnos qué tipo de información se puede compartir para ayudar a aliviar los atascos?
También en logística, el intercambio de información sobre las cadenas de suministro es extremadamente efectivo. En logística para tiendas minoristas, he oído que la distribución de productos en oferta anunciados en folletos es un desafío. Las gangas son una estrategia importante para los minoristas, y la información sobre cuándo y qué se venderá a precios de ganga es un secreto comercial. Sin embargo, para la industria de la logística que enfrenta serios problemas con la escasez de mano de obra, las empresas desean obtener rápidamente incluso una pequeña cantidad de información para poder hacer preparativos como asegurar a los conductores. Por ejemplo, si una empresa de logística pudiera firmar acuerdos de confidencialidad con minoristas y recibir información sobre ofertas con 6 meses de anticipación, podría hacer los preparativos necesarios.
¿Cree que se lograrán avances en el intercambio de información en el futuro?
Anteriormente, no había necesidad de preocuparse por las existencias porque todo lo que se producía se vendía, pero ahora estamos en la era de la producción de bajo volumen y mezcla alta. Ahora debemos pensar en la racionalización y optimización general que va más allá del marco de una empresa.
Existe el término “efecto látigo”. Cuando mueves un látigo, aunque el movimiento de la onda es pequeño cerca de tu mano, aumenta a medida que se acerca a la punta del látigo. De la misma manera, si los minoristas intentan mantener un poco más de inventario, será necesario mantener más inventario en los puntos de distribución intermedios y los fabricantes también tendrán que aumentar la producción y el inventario. Compartir información de los minoristas con los fabricantes puede reducir la cantidad de inventario innecesario.
Por último, cuéntanos algunos de los trucos que se pueden utilizar para evitar atascos.
Sabemos que es probable que se produzcan atascos en los límites. Si observamos el ejemplo de una fábrica, un ascensor que transporta cosas del segundo al tercer piso es un límite y, por lo tanto, si se perdiera el equilibrio del caudal allí, se produciría un atasco al instante. Al pensar en la logística dentro de una fábrica, debemos tener en cuenta los puntos donde es probable que se produzcan atascos para proporcionar algo de espacio en los límites. Creo que habrá momentos en los que debas decidir que, por ejemplo, algo no se debe llevar al tercer piso ahora, sino que el espacio provisto funcionará como un amortiguador. Pensar en el problema desde la perspectiva de la optimización general de esta manera es el truco para evitar atascos. Dado que la definición de atasco, es decir, la relación entre el caudal y la densidad, se puede aplicar a cualquier tipo de flujo, es posible buscar el equilibrio entre el caudal y la densidad en el que no se produzcan atascos.
Katsuhiro Nishinari
Nacido en 1967. Obtuvo un Ph.D. grado (ingeniería) al terminar un curso de doctorado en la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Tokio. Se convirtió en profesor en el Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Avanzadas de la Universidad de Tokio. La especialidad es la física matemática. Recibió el premio de publicación científica Kodansha y el premio de libro Nikkei BP BizTech por "Jamology" (Shincho Sensho) en 2007. Seleccionado por "Contribución significativa a la ciencia y la tecnología 2013" por el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología en 2013. Ganó el Premio Ig Nobel por su investigación sobre la congestión causada por mirar teléfonos inteligentes mientras camina en 2021.
- * Este artículo se basa en el contenido de "Vista de logística: la "velocidad de flujo" y la "densidad" son la clave para resolver los atascos: desentrañar los problemas de logística a través de Jamology" presentado en DAIFUKU NEWS No. 226 (publicado en enero de 2020).