Otimização do Planeamento e Escalonamento da Produção na Indústria de Produtos Agro

94 Pages·2014·37.43 MB·Portuguese

Otimização do Planeamento e Escalonamento da Produção
na Indústria de Produtos Agro Químicos

Aplicação
 ao
 Caso
 da
 SAPEC
 Agro

Pedro Cidade Alves

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em

Mestrado em Engenharia e Gestão Industrial

Orientadora: Prof. Cristina Marta Castilho Pereira Santos Gomes

Júri

Presidente: Prof. José Rui de Matos Figueira
Orientadora: Prof. Cristina Marta Castilho Pereira Santos Gomes
Vogal: Prof. Henrique Aníbal Santos de Matos

Novembro de 2014

I

Otimização do Planeamento e Escalonamento da Produção
na Indústria de Produtos Agro Químicos

Aplicação
 ao
 Caso
 da
 SAPEC
 Agro

Pedro Cidade Alves

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em

Mestrado em Engenharia e Gestão Industrial

Orientadora: Prof. Cristina Marta Castilho Pereira Santos Gomes

Júri

Presidente: Prof. José Rui de Matos Figueira
Orientadora: Prof. Cristina Marta Castilho Pereira Santos Gomes
Vogal: Prof. Henrique Aníbal Santos de Matos

Novembro de 2014
II
III

A presente dissertação de mestrado é realizada no âmbito de um
estágio curricular com a empresa SAPEC Agro. Durante o estágio
o orientador designado pela empresa é o Engenheiro Nuno
Alexandre Cabaço Chorincas da divisão de planeamento da
empresa.
IV

Resumo
Atualmente empresas das diferentes indústrias sentem uma necessidade cada vez maior de
investimento em fatores de diferenciação, que deriva do crescimento contínuo do nível de
competitividade dos mercados em que estão inseridas. Em indústrias de transformação, a
eficiência da produção é um fator chave para rentabilidade. Isto leva a que os executivos sintam
que um planeamento e escalonamento mais científico das suas capacidades produtivas
instaladas seja um elemento necessário para o sucesso, onde os métodos tradicionais empíricos
tendem a falhar.
A SAPEC Agro é uma empresa líder de mercado na indústria referente aos produtos agro-
químicos. A minimização de custos, tempo de produção, e a estratégia build to order
representam questões passíveis de serem modeladas matematicamente de forma a encontrar
soluções melhoradas ou até ótimas. A presente dissertação apresenta, em primeiro lugar, uma
descrição da SAPEC e da indústria em que a empresa está inserida. De seguida acrescenta-se
uma descrição do processo produtivo de modo a caracterizar o problema de escalonamento na
SAPEC Agro. Uma revisão da literatura relevante para o tema é apresentada de seguida de
modo a enquadrar o tema do planeamento e escalonamento da produção na situação da
empresa e entender quais os métodos disponíveis para a resolução dos problemas subjacentes.
Da revisão realizada advém que o problema em questão pode ser considerado como um
problema de escalonamento job-shop com tempos de setup dependentes da sequência de
produção.
A fase seguinte começa com o desenvolvimento de um modelo PLIM representativo do problema
real. Com o objetivo de testar o modelo desenvolvido foram recolhidos dados reais da empresa
para o problema de escalonamento da produção. Os dados foram mascarados, por motivos de
confidencialidade, mantendo contudo a sua representatividade e proporcionalidade.
Os resultados obtidos pelo modelo são depois comentados e comparados com os resultados
provenientes do plano que a SAPEC desenvolveu para o mesmo conjunto de dados, com o
objetivo de verificar a utilidade do trabalho desenvolvido.
Os resultados do modelo foram obtidos com tempos computacionais reduzidos, especialmente
se comparados com o tempo que atualmente a empresa demora a traduzir as encomendas num
plano de produção. O presente trabalho deixou claro que a utilização do modelo desenvolvido
pode ser uma ferramenta com elevado grau de utilidade para no futuro, assistindo a SAPEC no
escalonamento dos seus processos produtivos de forma mais eficaz e eficiente.

Palavras-Chave: Negócio Agrícola, Escalonamento da Produção, Job-shop, Tempos de Setup
dependentes da Sequência, Programação Linear Inteira Mista.
V

Abstract
Corporations throughout the different industries are driven into ever higher level of investment
towards differentiation in an increasingly competitive market. In transforming industries,
production efficiency is key to profitability. Executives realize that scientific planning and
scheduling of their installed productive capacity is paramount to succeed where traditional
empirical approaches fail.
SAPEC Agro is a market leader in the production of agricultural self-engineered products in a
global market. Minimizing costs, production time, build to order, are issues that can be
mathematically modelled and researched for better or even optimal solutions. This paper will offer
a brief characterization of the scheduling problem at SAPEC, stepping into a literature review that
will shed light on the possible methodologies that can be used to achieve the desired goal. It will
be shown that this real world problem can fall into the category of a job-shop scheduling problem
with task sequence dependent setup times.
A modelling solution is enunciated and developed. The real world problem is then addressed
through the use of Mixed Integer Linear Programming (MILP) methodologies. Real world data
was collected, treated and used to assess the quality of the optimization model and the results
obtained from the developed model are compared to those obtained from the company’s currently
uses best practices. These results were obtained with reduced computational times especially if
compared with the current man-hours employed with the same objective. It is clear from the
present work that the present modelling solution can be useful as a production scheduling tool to

assist SAPEC in future times.

Key Words: Agro Business, Job-shop Scheduling, Sequence Dependent Setup Times, Mixed
Integer Linear Programming.
VI

Agradecimentos
Começar por agradecer o apoio incondicional da minha família, mãe, pai e irmã durante todo o
processo de desenvolvimento da dissertação, e agradecer também a disponibilidade e paciência
que demonstraram na fase final para que fosse possível concluir uma etapa muito importante.
Foram essenciais.
De seguida, agradecer à Professora Marta Gomes por ter aceite ser minha orientadora durante
este processo, e pela disponibilidade e participação que manteve ao longo de todo o trabalho
desenvolvido de modo a que fosse concluído da melhor forma possível.
Antes de agradecer às pessoas que me ajudaram dentro da empresa, gostaria de agradecer ao
meu grande amigo João Estrela, pois sem ele esta ligação à SAPEC nunca teria existido.
Gostaria também de agradecer à empresa SAPEC Agro, por me ter dado esta possibilidade de
estágio para que fosse possível realizar uma dissertação a um nível mais prático. Foram muitas
as pessoas da SAPEC que ao longo de todo o trabalho se disponibilizaram para me apoiar,
sendo por isso difícil enumerar todas. Deixo assim um agradecimento mais alongado ao
departamento de planeamento e controlo industrial, e em especial ao Engenheiro Nuno
Chorincas, que esteve sempre disponível para me apoiar no desenvolvimento do trabalho e
ajudar a entender melhor o “mundo SAPEC”.
Para concluir, agradeço aos meus restantes familiares e amigos que sempre se preocuparam em
saber como estava o processo e se ofereceram para me apoiar caso necessário.
Um obrigado a todos os que contribuíram para a conclusão desta etapa da minha vida.
VII

Índice

1 Introdução ................................................................................................................... 1
1.1 Contextualização do estudo ................................................................................ 1
1.2 Metodologia, estrutura e objetivos ....................................................................... 2
2 Agro business e problema em estudo ......................................................................... 5
2.1 Sector agrícola em Portugal ................................................................................ 5
2.2 Grupo SAPEC- SAPEC Agro .............................................................................. 5
2.2.1 História .......................................................................................................... 5
2.2.2 Situação atual ............................................................................................... 6
2.3 Caso de estudo ................................................................................................... 8
2.3.1 Produtos e instalações .................................................................................. 8
2.3.2 Produtos e processos em estudo .................................................................. 9
2.3.3 Formulação de flows ..................................................................................... 9
2.3.4 Formulação de CPEs .................................................................................... 13
2.3.5 Sequenciamento de produtos ....................................................................... 14
2.3.6 Equipamentos/máquinas utilizadas ............................................................... 17
2.4 ERP- Enterprise Resource Planning (ERP) ........................................................ 19
3 Revisão bibliográfica ................................................................................................... 21
3.1 Problemas de planeamento de produção ............................................................ 21
3.2 Problemas de escalonamento ............................................................................. 22
3.2.1 Introdução ..................................................................................................... 22
3.2.2 Conceitos relevantes em escalonamento ..................................................... 25
3.2.3 Job-shop scheduling problem with sequence dependent setup times (JSP-
SDST) 26
3.2.4 Modelação e resolução de problemas de escalonamento ............................ 28
3.2.4.1 Simulação .............................................................................................. 28
3.2.4.2 Otimização ............................................................................................ 29
3.2.4.3 Programação dinâmica e estocástica ................................................... 30
3.2.4.4 Incerteza ................................................................................................ 31
3.2.4.5 Modelação do tempo: modelos discretos vs. contínuos ........................ 31
3.2.4.6 Metodologias para a resolução de problemas de escalonamento ........ 33
3.2.4.6.1 Métodos aproximados ..................................................................... 33
3.2.4.6.2 Métodos exatos ............................................................................... 34
3.3 Modelos de programação matemática para escalonamento ............................... 35
3.4 Escalonamento em agro business ...................................................................... 38
3.5 Conclusão ............................................................................................................ 38
4 Definição do modelo de PLIM ..................................................................................... 41
4.1 Definição e caracterização do problema em estudo ........................................... 41
4.2 Modelo de PLIM .................................................................................................. 44
VIII

4.2.1 Índices ........................................................................................................... 44
4.2.2 Escalar .......................................................................................................... 44
4.2.3 Parâmetros .................................................................................................... 44
4.2.4 Conjuntos ...................................................................................................... 45
4.2.5 Variáveis ....................................................................................................... 45
4.2.6 Formulação do modelo ................................................................................. 45
4.2.7 Adaptação do modelo à resolução de outros casos ..................................... 47
4.3 Exemplo ilustrativo do funcionamento do modelo ............................................... 49
4.3.1 Validação do exemplo ilustrativo ................................................................... 52
4.4 Conclusão ............................................................................................................ 54
5 Resolução do caso em estudo .................................................................................... 55
5.1 Introdução dos dados .......................................................................................... 55
5.2 Plano SAPEC ...................................................................................................... 60
5.3 Plano GAMS ........................................................................................................ 62
5.4 Comparação de resultados: Plano SAPEC vs Plano GAMS ............................... 66
5.5 Conclusão ............................................................................................................ 70
6 Conclusões e recomendações para trabalho futuro ................................................... 71
6.1 Síntese do trabalho realizado .............................................................................. 71
6.2 Conclusões e trabalho futuro ............................................................................... 72
Referências bibliográficas ................................................................................................. 75
Anexo 1. Descrição dos produtos e máquinas do estudo ............................................ 78
Anexo 2. Modelo base .................................................................................................. 79