estudo de estratégias de controle de estoque com otimização via algoritmos genéticos

126 Pages·2013·9.58 MB·Portuguese

ESTUDO DE ESTRATÉGIAS DE CONTROLE DE
ESTOQUE COM OTIMIZAÇÃO VIA
ALGORITMOS GENÉTICOS
ANDRÉMILHORANCEDECASTRO
TIAGOSALVIANOCALMON
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
EngenhariadeControleeAutomaçãodaEscola
Politécnica,UniversidadeFederaldoRiodeJa-
neiro, como parte dos requisitos necessários à
obtençãodotítulodeEngenheiro.
Orientadores:
Prof. AmitBhaya,Ph.D
Prof. EugeniusKaszkurewicz,D.Sc
RiodeJaneiro,RJ-Brasil
2013
ESTUDO DE ESTRATÉGIAS DE CONTROLE DE ESTOQUE
COM OTIMIZAÇÃO VIA ALGORITMOS GENÉTICOS
ANDRÉMILHORANCEDECASTRO
TIAGOSALVIANOCALMON
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE EN-
GENHARIADECONTROLEEAUTOMAÇÃODAESCOLAPOLITÉCNICADAUNIVER-
SIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁ-
RIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO DE CONTROLE E AUTOMA-
ÇÃO
Aprovadopor:
Prof. AmitBhaya,Ph.D
Prof. EugeniusKaszkurewicz,D.Sc
Prof. AlessandroJacoudPeixoto,D.Sc
RiodeJaneiro,RJ-Brasil
2013
Castro,AndréMilhorance. Calmon,TiagoSalviano.
Estudo de Estratégias de Controle de Estoque com
OtimizaçãoviaAlgoritmosGenéticos
106páginas
ProjetodeGraduaçãoUFRJ/EscolaPolitécnica/Curso
deEngenhariadeControleeAutomação,2013.
Orientadores:
Prof. AmitBhaya,Ph.D
Prof. EugeniusKaszkurewicz,D.Sc
1. TeoriadeControle
2. ControledeEstoque
3. AlgoritmosGenéticos
4. LógicaFuzzy
I. Castro, André Milhorance. II Calmon, Tiago Salviano.
IV.UniversidadeFederaldoRiodeJaneiro,EscolaPolitéc-
nica, Curso de Engenharia de Controle e Automação. V.
Título.
Agradecimentos, por André
Sem dúvidas, é impossível atingir o sucesso, em qualquer grau, apenas com esforços
individuais. Estes são fundamentais, mas é preciso reconher o auxílio direto e indireto dos que
caminhamaonossolado. Nadamaisjusto,então,queagradeceratodosqueparticiparamdessa
minhajornadaatéaqui.
Começo, assim, agradecendo aos meus pais, Carlos Frederico e Maria das Graças, que
entendemovalordaeducaçãocomoumauniãodeinstruçãoacadêmicaevaloressociais.
Agradeço,também,asminhasirmãspeloexemplodededicação.
Reconheço a extrema importância de Lilian Maria, que me ilumina com seu amor, ami-
zadeesabedoria.
Agradeço, ao meu companheiro de trabalho Tiago Calmon, pela sua paciência, inteli-
gência e confiância ao me convidar para o projeto. Sem dúvidas, nossas reuniões foram um
exemplode“produtividade”.
Não seria possível realizar um trabalho de qualidade sem a estimada orientação dos pro-
fessores Amit Bhaya e Eugenius Kaszkurewicz. Muito obrigado aos dois pelos conhecimentos
evaliosasdiscussõeseorientações.
Agradeçoaosmeusfamiliares,peloamparoemtodososmomentos.
Aos integrantes da maravilhosa turma de Controle-T12. Sem dúvidas, teria sido mais
difícilsemvocês. Companherismosempre.
À equipe da Promon Engenharia, pela compreensão nos momentos necessários e pelo
exemplodeexcelência.
Porfim,atodososmestres,queridosprofessores,comosquaisaprendiovalordoconhe-
cimento.
Atodosvocês,omeumuitoobrigado.
AndréMilhorancedeCastro
Agradecimentos, por Tiago
Em minha jornada nos anos em que fui aluno de graduação da UFRJ muitas pessoas
foram, direta ou indiretamente, fundamentais para meu sucesso na difícil tarefa de concluir o
curso. Gostariadeagradeceraalgumasdelas,emespecial.
Começopormeupais,FranciscoCalmoneSusanaSalviano,quenuncamediramesforços
para que eu pudesse dispor da melhor educação possível, além de serem fontes inesgotáveis de
motivação.
AmeugrandeamigoAndréCalmon,quetenhoasortedesermeuirmão. Ameusirmãos
LucasCalmoneGiovanaSalvianoqueestiveramaomeuladodurantetodoessetempo.
ASuzanaBraz,queesteveaomeuladoemtodososbonsemausmomentos,queénamo-
radaamorosa,amigaeconselheira. Tenhocertezaquenãoteriasidopossívelsemvocê.
Aos meus avós Francisco Carlos Calmon, Laïs Calmon e Izabel Salviano e em memória
demeuavôMarinhoSalviano,quesãoexemplosdevida.
AgradeçoespecialmenteameucompanheirodetrabalhoAndréMilhorance,quecomsua
organização, pró-atividade, inteligência e liderança nos conduziu por todo esse trabalho com
maestria. Suacapacidadedetrabalhomeinspirounocursodaelaboraçãodessatese.
A todos os alunos de Controle que estiveram a meu lado, seja para compartilhar tarefas
ou boas risadas. Agradecimento especial a todos os integrantes da T-12, que me abraçaram e
mereceberamcomoirmão,eaosamigosMarcoFernandeseArthurFernandes.
Aos professores Amit Bhaya e Eugenius Kaszkurewicz que sempre foram solícitos em
nos orientar e sempre forneceram dicas valiosas. A confiança e presteza de vocês foi de suma
importância.
MuitoObrigado!
TiagoSalvianoCalmon
ResumodoProjetodeGraduaçãoapresentadoàEscolaPolitécnica/UFRJcomopartedos
requisitosnecessáriosparaaobtençãodograudeEngenheirodeControleeAutomação.
ESTUDO DE ESTRATÉGIAS DE CONTROLE DE ESTOQUE COM
OTIMIZAÇÃO VIA ALGORITMOS GENÉTICOS
AndréMilhorancedeCastro
TiagoSalvianoCalmon
2013
Orientadores:
Prof. AmitBhaya,Ph.D
Prof. EugeniusKaszkurewicz,D.Sc
Curso: EngenhariadeControleeAutomação
Uma questão importante para a logística empresarial é a administração de centrais de
estoque. Como aumentar a produtividade e, principalmente, o lucro por meio de uma gestão
otimizadadessecomponentechaveemdiversosseguimentosindustrio-comerciais?
Esse texto se dedica ao estudo de uma cadeia de suprimentos simples sujeita a diferentes
estratégiasdecontrolesemprevisandosuagestãodeformaótima.
Oobjetivodessetrabalhoéaavaliaçãodediferentesestratégiasdecontrolequeotimizem
o EVA (Economic Value Added) de um sistema de gestão de estoque ao final do período de um
ano. Para tanto,as estratégias estudadas são analisadas por meio de simulações realizadas em
plataformaMATLAB.
SãoanalisadoscontroladoresPIDecomLógicaFuzzy. Ademandaéestimadaapartirde
sistemasdesuavizaçãoexponencialsimpleseométododeotimizaçãoescolhidoéoAlgoritmo
Genético.
Palavras Chaves: Teoria de Controle, Controle de Estoque, Algoritmos Genéticos, Lógica
Fuzzy
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirementsforthedegreeofEngineer.
STUDY OF INVENTORY CONTROL STRATEGIES WITH GENETIC
ALGORITHM OPTIMIZATION
André Milhorance de Castro
Tiago Salviano Calmon
2013
Advisors:
Prof. AmitBhaya,Ph.D
Prof. EugeniusKaszkurewicz,D.Sc
Course: ControlandAutomationEngineering
An important issue in enterprise logistics is inventory warehouse management. How to
improve productivity and the profit by means of an optimized management of this key compo-
nent of several industrial sectors? This work will study an inventory system model, subject to
some different control strategies. The goal is to evaluate the control strategies when they are
used to optimize the EVA (Economic Value Added) at the end of a specified period. Both PID
and Fuzzy Logic Controllers are analyzed. The demand is predicted using simple exponential
smoothingmethodsandtooptimizeEVA,aGeneticAlgorithmisimplemented.
Keywords: ControlTheory,InventoryControl,GeneticAlgorithm,FuzzyLogic
Conteúdo
RESUMO 5
ABSTRACT 6
LISTADEFIGURAS iv
LISTADETABELAS x
LISTADEABREVIATURAS xii
LISTADESÍMBOLOS xiii
1 Introdução 1
1.1 ALogísticaModerna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 SistemadeTecnologiadaInformação . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 GestãodeEstoques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 OModelodeEstoque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.1 EconomicValueAdded -EVA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2.2 ObservaçõesGeraiseRevisãodaLiteratura . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3 Objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4 Motivação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5 ConteúdodoTrabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 RevisãoTeórica 19
2.1 RevisãodeaspectosdeControleeOtimização . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.1 CaracterísticasdeControleDiscreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
i
2.2 IntroduçãoaoControleporLógicaFuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.1 ProjetodeumControladorFuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.2 ConceitosFundamentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.2.3 RazõesparautilizaçãodaLógicaFuzzynesseprojeto . . . . . . . . . . 28
2.3 IntroduçãoaosAlgoritmosGenéticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.1 GeraçãodaPopulaçãoInicial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.2 CodificaçãoemumAlfabeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.3 Reprodução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.4 Mutação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.5 NovaPopulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.3.6 CritériodeParada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4 IntroduçãoàsMetodologiasdePredição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.4.1 SériesTemporais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.2 ModelosdeSuavizaçãoExponencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.4.3 PrevisãoIndiretadaDemanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3 ProjetodeControle 39
3.1 MétodosComputacionaisUtilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.1 iThink© . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.1.2 BerkeleyMadonna© . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.1.3 Simulink-MATLAB© . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.4 M-File-MATLAB© . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.5 CaracterísticasdoSimulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.2 MaximizaçãodoEVAemHorizonteFinito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3 SistemasdePredição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.3.1 Preditor1-FiltrodeSegundaOrdem . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.3.2 Preditor2-PreditordeSuavizaçãoExponencialSimples . . . . . . . . 49
3.4 EstratégiasdeControle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.4.1 Controlador1-ModeloHannon/McGarvey . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.4.2 Controlador2-ModeloTosetti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.4.3 Controlador3-PIDDiscreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.4.4 Controlador4-RealimentaçãoReceiving . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.4.5 Controlador5-ControladorFuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4 SimulaçõeseResultados 61
4.1 MetodologiadeSimulaçãoeObtençãodeResultados . . . . . . . . . . . . . . 61
4.1.1 MétododeExtraçãodoValorÓtimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.1.2 AjustesnoAlgoritmo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.2 ApresentaçãodosResultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.2.1 ControladorGarvey-Hannon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.2.2 ControladorPIDTosetti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.2.3 ControladorPIDDiscreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.2.4 ControladorRealimentaçãodeReceiving . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.2.5 ControladorFuzzy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.3 AnálisedosResultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5 Conclusão 94
5.1 ResultadosGerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.2 TrabalhosFuturos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
ReferênciasBibliográficas 96
A FuncionamentodaToolboxOptimizationTools 100