Dimensionamento e sequenciamento de lotes em linhas de produção paralelas com famílias de produtos na indústria de papel

Abstract

O objetivo deste trabalho surge da necessidade de otimizar o dimensionamento e sequenciamento de lotes em linhas de produção paralelas, com tempos de mudança entre famílias diferentes dependentes da sequência de produção, e tempos de mudança independentes da sequência de produção para produtos dentro da mesma família, numa fábrica da indústria de papel, onde são produzidos diversos de papel do tipo tissue. Para tal, e após uma extensa revisão do estado da arte, foi utilizado um modelo eficiente de programação linear inteira mista. O modelo proposto integra três abordagens de modelação diferentes. Uma abordagem discreta é utilizada para o cálculo dos custos de inventário e de backlog. Para o sequenciamento da produção das famílias, é utilizada uma abordagem de tempo contínuo com variáveis de precedência, e o escalonamento dos produtos é feito através de restrições de capacidade e de dimensionamento de lotes.O modelo desenvolvido foi implementado num solver comercial de modo a testar a sua eficiência num problema de dimensão real, e através de dados fornecidos pela empresa foi possível avaliar diversos cenários de operação. Os resultados principais sugerem que quando o sistema não está em sobrecarga, o modelo tende a atingir a solução ótima em tempo computacional muito competitivo, quer no planeamento a curto prazo, quer a médio prazo. Contudo, quando ocorre sobrecarga e havendo possibilidade de não cumprir com as datas de entrega, a qualidade das soluções a médio prazo pode ficar comprometida. É ainda possível concluir que o modelo tende a fornecer melhores soluções do que as atualmente obtidas pela empresa. Desta forma, conclui-se que o modelo formulado tem potencial para ser aplicado em ambientes industriais, no entanto, é importante realçar que compromisso entre o detalhe do modelo e a eficiência computacional terá sempre de ser considerado, por forma a assegurar a automatização eficiente do processo de tomada de decisão.

The goal of this dissertation is to optimize the lot sizing and scheduling decisions in parallel production lines, with changeover times between different families depending on the production sequence, and setup times independent of the production sequence for products belonging to the same family, in a factory from the paper industry, where sub products from tissue paper are made.To accomplish this objective, and after an extensive review of the state of the art, an efficient mixed integer linear programming model was used. The proposed model integrates three different modeling approaches. A discrete approach is used for the inventory and backlog cost calculation. For scheduling the families, a continuous-time approach with immediate precedence variables is used, and for scheduling of products, lot sizing capacity constraints are applied.The developed model was implemented in a commercial solver in order to test its efficiency in a real dimension problem. Through data provided by the company, different operation scenarios were evaluated. The main results suggest that when the system is not overloaded, the model tends to reach the optimal solution in very competitive computational time, whether it is short or medium-term planning. However, when an overload occurs, and there is a possibility of not meeting due dates, the quality of the solution in the medium term may be compromised. It is also possible to conclude that the model tends to provide better solutions than the ones currently generated by the company. Thus, it is concluded that the formulated model has the potential to be applied in industrial environments. However, it is important to highlight that the compromise between the detail of the model and computational efficiency must be always considered, in order to guarantee an efficient automatization of the decision-making process.