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Otimização do planejamento e programação da produção na indústria de polpa moldada
dc.contributor.author | Pérez Martínez, Karim Yaneth | |
dc.date.accessioned | 2018-05-17T18:03:16Z | |
dc.date.available | 2018-05-17T18:03:16Z | |
dc.date.issued | 2018-03-27 | |
dc.identifier.citation | PÉREZ MARTÍNEZ, Karim Yaneth. Otimização do planejamento e programação da produção na indústria de polpa moldada. 2018. Tese (Doutorado em Engenharia de Produção) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2018. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10060. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10060 | |
dc.description.abstract | We study an integrated process configuration, lot-sizing and scheduling problem, which appears in the context of a real production environment in the molded pulp packaging industry. Products are produced by alternative process configurations, which are defined by a combination of molds and a set of products to be produced. The production quantities, setup operations and capacity consumption depend on which process configurations are used, how long they are used for, and in which sequence they are scheduled. The total number of process configurations may be too large and difficult to define beforehand in some production environments, since a set of operational and technological constraints must be satisfied. For the particular case studied here, processes configuration decisions are generated at the same time as lot-sizing and sequencing decisions, which involve sequence-dependent setup costs and times. This research had the important collaboration of a typical molded pulp packaging company located in the São Paulo state, where real data were collected to validate the approaches proposed here. Two mathematical formulations are proposed to represent and optimize the problem, which are different in the way how process configuration decisions are represented. The first formulation is a linear formulation which uses some structures defined in advance to generate feasible process configuration; and the second one is a non-linear formulation which models the technical constraints of the problem to generate the process configurations to be implemented. Some valid inequalities and symmetry-breaking constraints are proposed to strengthen the formulations and improve the performance of the solution methods. The proposed mathematical approaches are solved using a standard mixed integer programming (MIP) solver, specifically the solver CPLEX. A branch-and-cut (B&C) algorithm, which takes into account the particularities of the formulations and implements logic-based Benders cuts in a branch-and-bound framework, and a MIP-based heuiristic are also proposed to solve the problem. Results show that in general, the formulations proposed here represent properly the integrated problem. Computational experiments shows that, although it is is challenging to solve to optimality all the problem instances presented here, the B&C algorithm outperforms the models’ resolution by CPLEX for all of the instances tested. Results also show that the valid inequalities and symmetry-breaking constraints proposed clearly improve the lower bounds of the formulations and the performance of the solution methods, particularly for the B&C algorithm. The heuristic proposed method also seems to be competitive for the problem instances tested, as it found optimal solutions for small instances, better solutions and similar solutions, in the worst case, compared to the ones provided by the exact approaches for large instances and involving much less computing times. | eng |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.description.sponsorship | Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights.uri | Acesso aberto | por |
dc.subject | Planejamento e programação da produção | por |
dc.subject | Problemas de dimensionamento e sequenciamento de lotes | por |
dc.subject | Decisões de configuração de processos | por |
dc.subject | Indústria de polpa moldada | por |
dc.subject | Programação inteira mista | por |
dc.subject | Lot-sizing and scheduling | eng |
dc.subject | Process configuration and production planning | eng |
dc.subject | Molded pulp industry | eng |
dc.subject | Production planning and scheduling | eng |
dc.subject | Mixed Integer Programming | eng |
dc.title | Otimização do planejamento e programação da produção na indústria de polpa moldada | por |
dc.title.alternative | Optimization of the production planning and scheduling in molded pulp industry | eng |
dc.type | Tese | por |
dc.contributor.advisor1 | Morabito Neto, Reinaldo | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4194801952934254 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Toso, Eli Angela Vitor | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/6663631731115739 | por |
dc.description.resumo | Esta pesquisa aborda um problema integrado de configuração de processos, dimensionamento de lotes e sequenciamento da produção no contexto da indústria de embalagens em polpa moldada. Neste problema, os produtos são produzidos por meio de configurações de processos alternativos, as quais são determinadas por uma combinação de moldes e conjuntos de produtos produzidos a partir deles. O volume de produção de cada produto, os tempos de preparação da linha de produção e o consumo de capacidade dependem de quais configurações de processo são utilizadas, o tempo de produção de cada uma delas e a sequência em que são programadas. O número total de possíveis configurações de processo pode ser significativamente grande para alguns sistemas de produção, e a sua determinação é usualmente restrita a condições operacionais e tecnológicas do sistema, as quais devem ser satisfeitas para garantir que os planos de produção definidos sejam factíveis na prática. Motivado por este contexto industrial, o foco desta pesquisa é abordar e otimizar as decisões de configuração de processos de forma simultânea às decisões de dimensionamento de lotes e sequenciamento da produção, envolvendo tempos e custos de setup dependentes da sequência. Esta pesquisa contou com a colaboração de uma fábrica de embalagens de polpa moldada localizada no estado de São Paulo, pertencente a um grupo multinacional de fabricantes de produtos e equipamentos no setor de polpa, onde dados reais foram coletados para análise das abordagens aqui propostas. Duas formulações matemáticas são propostas para representar e otimizar o problema, as quais diferenciam-se principalmente na forma em que as decisões de configuração de processos são representadas. A primeira formulação consiste num modelo matemático linear inteiro, o qual utiliza estruturas definidas a priori numa etapa de pré-processamento, para representar de forma simplificada as decisões de configuração de processo. A segunda formulação consiste numa representação não linear que modela especificamente as restrições tecnológicas do problema, a fim de gerar configurações de processo factíveis de forma implícita e sem a necessidade da definição de estruturas para a linha de produção determinadas no pré-processamento. Desigualdades válidas e restrições de eliminação de simetria são apresentadas para fortalecer as formulações e melhorar a convergência dos métodos de solução. Os modelos matemáticos propostos são resolvidos por meio de um solver de otimização para problemas de programação inteira mista (PIM), especificamente o solver CPLEX. Ainda, para resolver o problema é desenvolvido um algoritmo branch-and-cut (B&C) que explora as especificidades das formulações matemáticas e implementa cortes baseados nas técnicas logic-based Benders numa árvore branch-and-bound. Um método de solução heurístico baseado em programação matemática também é proposto visando encontrar soluções competitivas aos resultados das abordagens exatas em curtos tempos computacionais. Os resultados mostram que ambas as formulações representam adequadamente o problema em estudo, envolvendo alternativas diferentes na representação integrada das decisões de configuração de processos, dimensionamento e sequenciamento da produção. Os experimentos computacionais mostram também que, embora a resolução ótima de todas as instâncias aqui analisadas seja um desafio, o algoritmo B&C proposto é significativamente mais eficiente que a resolução dos modelos via CPLEX. As desigualdades válidas propostas e as restrições de eliminação de simetria aprimoram os limitantes inferiores das formulações e melhoram significativamente os resultados dos métodos de solução, em particular do algoritmo B&C. Além disto, a heurística proposta demonstra ser competitiva para o problema, encontrando soluções ótimas para instâncias de tamanho médio e soluções competitivas às encontradas pelos métodos exatos para instâncias maiores, envolvendo tempos computacionais significativamente menores. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção - PPGEP | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO | por |
dc.description.sponsorshipId | CAPES: 2013/23700-8 | por |
dc.description.sponsorshipId | FAPESP: 2015/24917-6 | por |
dc.ufscar.embargo | Online | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/6014128945023344 | por |