Métodos y Algoritmos para resolver problemas de Corte unidimensional en entornos realistas ...

221 Pages·2010·5.71 MB·Spanish

Métodos y Algoritmos para resolver
problemas de Corte unidimensional
en entornos realistas. Aplicación a
una empresa del Sector Siderúrgico.

Tesis Doctoral
Departamento de Organización de Empresas
Universidad Politécnica de Valencia

Autor: Carlos P Gracia Calandín
Director: Dr. Carlos Andrés Romano
Director: Dr. Luís I Gracia Calandín

En primer lugar, agradezco a los directores de la tesis Drs. Carlos Andrés y
Luis Gracia su valiosa ayuda, estímulo permanente y acertado asesoramiento a lo
largo del trabajo.

En segundo lugar, agradezco a las personas vinculadas a la empresa de corte
de perfiles mencionada en la tesis, su ayuda a la hora de proporcionarme un
contexto real sobre el que aplicar las técnicas y algoritmos desarrollados en el
trabajo.

En tercer lugar, vaya también mi agradecimiento a los compañeros del
departamento de Organización de Empresas que de algún u otro modo han
contribuido al desarrollo de la tesis.

A Inmaculada e Irene
A mis padres

RESUMEN

La presente tesis doctoral aborda el análisis y modelización de los problemas de
programación en el corte de perfiles estructurales de acero, así como la propuesta de
diferentes metodologías y algoritmos basados en técnicas heurísticas que permiten
resolverlos de manera óptima. En concreto se profundiza en los siguientes temas:

- Se estudia la problemática concreta en el corte de vigas estructurales en una
empresa de transformados metalúrgicos. Dicho estudio motiva y justifica todo el
trabajo posterior, a la vez que proporciona un contexto concreto en el que aplicar de
forma práctica los resultados obtenidos con los algoritmos desarrollados.

- Se modeliza matemáticamente el Problema del Corte de vigas a partir de perfiles
estructurales.

- Se presenta una metodología que resuelve de manera eficiente, mediante el uso de
patrones, el Problema del Corte para satisfacer la demanda de vigas en un periodo
concreto. A tal efecto se desarrolla: un primer algoritmo genético que genera
patrones de corte idóneos (fase 1); un segundo algoritmo genético que determina las
frecuencias de uso de cada patrón para minimizar tanto el desperdicio como la
sobreproducción (fase 2); y cuatro algoritmos adicionales que mejoran la solución
obtenida en la fase anterior (fase 3).

- A fin de evaluar la metodología propuesta, se desarrolla un generador de problemas
que a partir de unos parámetros de instancia obtiene distintos problemas de test.

- Se propone otro algoritmo genético para resolver el Problema multiobjetivo de
Secuenciación de Patrones optimizando dos objetivos: minimizar las necesidades de
espacio para el apilamiento de pedidos en curso y minimizar la extensión temporal
requerida para procesar los pedidos.

- Finalmente se propone una metodología para la resolución del Problema Global de
Corte y Secuenciación.

Resumen 1

ABSTRACT

This PhD thesis deals with the analysis and modelling of the problems arising in the
programming of cutting operations on structural steel profiles, and the proposal of several
methodologies and algorithms based on heuristics techniques that solve them optimally.
In particular, the thesis focuses on the following issues:

- Considers the specific problem arising in cutting structural steel beams in a national
manufacturer. This study motivates and justifies all subsequent work, while providing
a specific context in which applying the results obtained with the developed
algorithms.

- The Cutting Stock Problem is modelled and identified in the national manufacturer of
metal profiles.

- An efficient methodology, based on the use of cutting patterns, is described in order
to solve the Cutting Stock Problem so that all costumers´ demands are satisfied for a
period of time. So far, we develop the following: a genetic algorithm that generates
efficient cutting patterns (phase 1); a second genetic algorithm which solves in a first
step the cutting stock problem by determining the frequencies of use of each pattern
(phase 2); and four additional algorithms which improve the solution obtained in the
previous phase (phase 3).

- In order to evaluate the proposed methodology, a problem generator is developed, so
that from certain parameters of an instance the generator gives rise to specific test
problems.

- Another genetic algorithm is proposed to solve the multi-objective Sequencing
Problem of cutting patterns so that two objectives are accomplished simultaneously:
the minimization of space requirements to pile work of in process orders.

- Finally, it is proposed a methodology to solve the Global Cutting and Sequencing
Problem

Abstract 3

RESUM

La presente tesi doctoral aborda el anàlisi i modelització dels problemes que apareixen en
la programació de la producció de perfils estructurals tallats, així como la proposta de
diferents metodologies y algoritmes que ens permeten la seua resolució satisfactòriament.
En concret s'aprofundix en els temes següents:

- S'estudia la problemàtica concreta en el tall de bigues estructurals en una empresa
de transformats metal.lúrgics. Aquest estudi motiva i justifica tot el treball posterior,
alhora que proporciona un context concret en el qual aplicar de forma pràctica els
resultats obtinguts amb els algoritmes desenvolupats.

- Es modelitza matemàticament el Problema del Tall de Bigues obtingudes a partir de
perfils estructurals.

- Es descriu una metodologia eficient que mitjançant L'ús de patrons de tall permet
resoldre el Problema del Tall per tal que estiguen satisfetes les demandes de bigues
durant un període de temps. Per això es desenvolupa el següent: un algoritme
genètic que permet generar patrons de tall eficients (fase 1), un algoritme genètic que
resol el problema de la determinació de les freqüències D'ús de cadascú dels patrons
(fase 2) i quatre algoritmes que milloren a solució obtinguda en la fase anterior (fase
3).

- A fi D'avaluar la metodologia proposta, es desenvolupa un generador de problemes
tal què partint D'uns paràmetres de instància s'obtinguen diferents problemes de test.

- Es proposa un algoritme genètic que resol el Problema multi objectiu de
Seqüenciació de Patrons de forma que es permeta simultàniament optimitzar dos
objectius: minimització de les necessitats de espai per tal D'apilar les comandes en
curs i minimització de la extensió temporal de les comandes en curs.

- Finalment es proposa una metodologia per a la resolució del Problema Global de Tall
i Seqüenciació.

Resumen 5