DIMENSIONAMENTO E SEQUENCIAMENTO DE LOTES DE PRODUÇÃO ?· sequenciamento de lotes de produção. O…

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    13-Dec-2018

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MRCIO SEITI KAWAMURA

DIMENSIONAMENTO E SEQUENCIAMENTO DE LOTES DE

PRODUO NA INDSTRIA DE BENS DE CONSUMO DE HIGIENE

PESSOAL

Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia de Produo.

So Paulo 2011

MRCIO SEITI KAWAMURA

DIMENSIONAMENTO E SEQUENCIAMENTO DE LOTES DE

PRODUO NA INDSTRIA DE BENS DE CONSUMO DE HIGIENE

PESSOAL

Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia de Produo.

rea de Concentrao: Engenharia de Produo

Orientadora: Prof.a Livre-Docente Dbora Pretti Ronconi

So Paulo 2011

AGRADECIMENTOS

minha esposa Luciana, pelo carinho, pelo apoio e pela compreenso em todos esses anos. Aos meus pais e irmos, por todas as conquistas da minha vida. professora Dbora, pela orientao, pela dedicao e pelo constante apoio emocional. Aos professores Reinaldo e Franklina, pelas valiosas contribuies a esse trabalho concedidas no Exame de Qualificao. Aos colegas, professores e funcionrios do programa de ps-graduao, pela tima convivncia nesse perodo.

RESUMO

O presente trabalho trata do problema integrado de dimensionamento e

sequenciamento de lotes de produo. O processo de dimensionar e sequenciar

lotes de produo consiste em determinar quanto produzir de cada produto e a

sequncia de produo desses lotes em cada mquina a cada perodo a fim de

atender a uma demanda prevista sob as condies e capacidades operacionais

existentes. O caso estudado nesse trabalho aborda o cenrio de uma empresa de

grande porte da indstria de bens de consumo de higiene pessoal, um mercado

bastante concorrido no qual o bom nvel de servio de atendimento e a gesto de

custos mostram-se essenciais na competio pelos clientes. Nessa empresa, existe

um ambiente operacional complexo, composto por mquinas distintas em paralelo

com capacidade limitada de produo cujos tempos de preparao (setup) so

dependentes da sequncia de produo, alm de uma restrio de capacidade de

armazenagem dos produtos fabricados, caracterstica no encontrada na literatura

existente. Os clientes permitem que ocorram atrasos de atendimento da demanda,

porm isso extremamente indesejvel. Esse tipo de problema NP-difcil, sendo

geralmente tratado na literatura por heursticas. Nesse trabalho, elaboramos nove

diferentes estratgias de resoluo baseadas na heurstica relax-and-fix. O objetivo

, no somente resolver um problema real complexo, como tambm avaliar se o

modo de particionamento e a sequncia de resoluo dos subproblemas influencia

no desempenho da heurstica. Os testes computacionais foram conduzidos em

instncias geradas aleatoriamente e em casos reais. Os resultados mostraram um

bom desempenho e robustez da abordagem proposta. Tcnicas alternativas foram

aplicadas na estratgia com os melhores resultados para potencializar seu

desempenho.

Palavras-chave: Dimensionamento de lotes. Sequenciamento de lotes. Mquinas

distintas em paralelo. Estrutura complexa de preparao de

mquina para produo. Heurstica relax-and-fix.

ABSTRACT

This work adresses the integrated lot sizing and scheduling problem. The process of

lot sizing and scheduling consists of determining how much to produce of each

product and the scheduling of these lots in each machine in order to meet the

demand under existing restrictions and operational capabilities. The case studied in

this work describes the scenario of a big company in the industry of consumer goods

for personal hygiene, a very competitive market in which the good service level for

customers and the cost management show up in the competition for the clients. In

this company, there is a complex operational environment, composed of distinct

parallel machines with limited production capacity and sequence dependente setup

times. There is also a limited finished goods storage capacity, a characteristic not

found in the existing literature. Backordering is allowed but it is extremely

undesirable. This problem is NP-hard and it has been treated by heuristics in the

literature. In this work, we developed nine different solving strategies based on the

relax-and-fix heuristics. The aim of this approach is not only to solve a complex real

problem but also assess whether the form of partitioning and the sequence of solving

the subproblems influences the performance of the relax-and-fix heuristics. The

computational experiments were conducted on ramdomly generated instances and

real problems. The results showed the good performance and the robustness of the

proposed approach. Alternative techniques were applied in the strategy with the best

results in the previous tests to enhance its performance.

Keywords: Lot-sizing. Sequencing. Distinct parallel machines. Complex setup

structure. Relax-and-fix heuristics.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1.1 ESQUEMA REPRESENTATIVO DO PROBLEMA. ......................................................................... 12

FIGURA 1.2 TAXONOMIA DE PROBLEMAS DE DIMENSIONAMENTO DE LOTES COM DEMANDA DETERMINSTICA

DINMICA (ROBINSON; NARAYANAN; SAHIN, 2009). ................................................................. 16

FIGURA 2.1 REPRESENTAO ESQUEMTICA DO PROBLEMA. .................................................................. 28

FIGURA 2.2 REPRESENTAO DA DIVISO DO HORIZONTE DE PLANEJAMENTO. ......................................... 29

FIGURA 2.3 EXEMPLO DE NO ATENDIMENTO DA DESIGUALDADE TRIANGULAR. ......................................... 34

FIGURA 3.1 ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DA HEURSTICA RELAX-AND-FIX. ............................................ 38

FIGURA 3.2 ESTGIO INICIAL DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_TM1. .................................................. 40

FIGURA 3.3 ESTGIO SECUNDRIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_TM1. ......................................... 40

FIGURA 3.4 ESTGIO INICIAL DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_TM2. .................................................. 41

FIGURA 3.5 ESTGIO SECUNDRIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_TM2. ......................................... 41

FIGURA 3.6 ESTGIO INICIAL DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_MC1. .................................................. 42

FIGURA 3.7 ESTGIO SECUNDRIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_MC1. ......................................... 43

FIGURA 3.8 ESTGIO INICIAL DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_PR1. .................................................. 44

FIGURA 3.9 ESTGIO SECUNDRIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_PR1. ......................................... 44

FIGURA 3.10 PROCESSO DE PARTICIONAMENTO DAS VARIVEIS XILS E ORDEM DE RESOLUO DOS

SUBPROBLEMAS NA ESTRATGIA HBRIDA RF_HB1. .......................................................................... 46

FIGURA 3.11 - ESTGIO INICIAL DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB1. ................................................. 47

FIGURA 3.12 - SEGUNDO ESTGIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB1. ............................................. 47

FIGURA 3.13 - ESTGIO INTERMEDIRIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB1. .................................... 48

FIGURA 3.14 - PROCESSO DE PARTICIONAMENTO DAS VARIVEIS XILS E ORDEM DE RESOLUO DOS

SUBPROBLEMAS NA ESTRATGIA HBRIDA RF_HB2. .......................................................................... 49

FIGURA 3.15 - ESTGIO INICIAL DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB2. ................................................. 49

FIGURA 3.16 - SEGUNDO ESTGIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB2. ............................................. 50

FIGURA 4.1 - ESTGIO INICIAL DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB1. ................................................... 72

FIGURA 4.2 SEGUNDO ESTGIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB1. .............................................. 72

FIGURA 4.3 - ESTGIO INICIAL DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB2. ................................................... 73

FIGURA 4.4 SEGUNDO ESTGIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB2. .............................................. 74

FIGURA 5.1 PRIMEIRO ESTGIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB2 COM OVERLAPPING. ................. 93

FIGURA 5.2 SEGUNDO ESTGIO DE RESOLUO DA ESTRATGIA RF_HB2 COM OVERLAPPING. ................. 93

LISTA DE GRFICOS

GRFICO 4.1 PERFIL DE DESEMPENHO DAS HEURSTICAS BSICAS PARA OS PROBLEMAS A A F. ............... 70

GRFICO 4.2 PERFIL DE DESEMPENHO DAS MELHORES HEURSTICAS BSICAS, DAS HEURSTICAS HBRIDAS E

DO MODELO GLSPPL_W PARA OS PROBLEMAS A A F. ..................................................................... 77

GRFICO 4.3 AMPLIAO DO PERFIL DE DESEMPENHO DAS MELHORES HEURSTICAS BSICAS, DAS

HEURSTICAS HBRIDAS E DO MODELO GLSPPL_W PARA OS PROBLEMAS A A F. ............................... 78

GRFICO 4.4 PERFIL DE DESEMPENHO DAS HEURSTICAS PROPOSTAS E DO MODELO GLSPPL_W PARA OS

PROBLEMAS REAIS. ......................................................................................................................... 85

GRFICO 4.5 AMPLIAO DO PERFIL DE DESEMPENHO DAS HEURSTICAS PROPOSTAS E DO MODELO

GLSPPL_W PARA OS PROBLEMAS REAIS. ....................................................................................... 86

LISTA DE TABELAS