Search

Não recebi financiamento Production planning and scheduling of machined-to-order parts in a job shop involves lot sizing and scheduling decisions. In this environment, there are several machines capable to execute various operations. Several ordered operations are required to transform raw material into each product and there is a possibility to produce a large number of products, which implies on machine setup and, consequently, reducing the available operational time. This study attempts to develop a model to assist in making decisions like lot sizing, allocation of operations in each machine for each lot and operations sequencing in each machine in an integrated approach in a flexible job shop environment that makes to order. The main contributions are the development and validation of mathematical model that represents the problem. Besides that, the review of production planning and scheduling models in job shop environment and the description of the problem in the case of machinery and equipment industry. Three formulations that integrate the decisions are analyzed and the one that achieves the optimal solution in the shortest time using CPLEX algorithm was chosen. Results indicate that the chosen model presents a feasible production plan and can be further applied in the machining sector. In a dynamic production environment, it might be necessary to update the production planning frequently, therefore a relax-and-fix algorithm is used to find an initial solution, which is further improved by a fix-and-optimize algorithm. O planejamento e a programação da produção de produtos usinados sob encomenda em ambientes job shop envolve decisões de dimensionamento e sequenciamento de lotes. Neste ambiente encontram-se diversas máquinas capazes de executar várias operações ordenadas para transformar a matéria-prima em cada produto final. A possibilidade de produzir um grande número de produtos implica na realização de preparações nas máquinas e, consequentemente, na redução do tempo disponível para operação. Este estudo tem por objetivo o desenvolvimento de um modelo para auxiliar a tomada das decisões de dimensionamento dos lotes, alocação dos lotes em cada máquina para execução de cada operação e definição da sequência de operações para cada máquina de forma integrada em um ambiente job shop flexível que produz por encomenda. As principais contribuições são a proposição e validação de um modelo matemático que representa o problema. Além disso, também são contribuições a revisão de modelos de otimização do planejamento e programação da produção em ambientes job shop e a caracterização do problema no caso da indústria de máquinas e equipamentos. Inicialmente são analisadas três formulações que integram as decisões, sendo selecionada a que melhor representa o problema prático e que encontra a solução ótima no menor tempo utilizando o algoritmo CPLEX. Os resultados indicam que o modelo escolhido gera um plano de produção factível e que pode ser aplicado no setor de manufatura de produtos usinados. Como o ambiente de produção é dinâmico, pode ser necessária uma atualização mais frequente do plano de produção, por isso é proposto um algoritmo relax-and-fix para encontrar uma solução inicial associada a uma heurística fix-and-optimize para melhoria da solução.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) In air passenger transport, events often occur that make it impossible to comply with the flight schedule planned for a certain period. In these situations, the Aircraft Recovery Problem (ARP) emerges, which involves rescheduling flights and reallocating aircraft to those flights. In this work, we treated an ARP in an oil and gas production company with an offshore operation that carries out, daily, via helicopters, the transportation of its employees and airport employees to maritime units, and vice versa . Therefore, we sought to: (i) develop Mixed Integer Programming (MIP) models to represent the problem, considering both the different optimization objectives pursued by the company (that is, minimizing flight delays in one day, the need for flight transfers to the next day due to unexpected events and the designation of helicopters for flights other than those already allocated in the schedule) and various practical restrictions of the company; (ii) develop MIP heuristics of the type Relax-and-fix and Fix-and-optimize that, when combined with a model formulated in (i), provide good quality results using little computational time. As for the models, five formulations were elaborated, and their validations and performance comparisons were performed using real and simulated instances provided by the company, selecting the formulation that provided the best solution within the time limit of one hour. In relation to MIP heuristics, different configurations were tested, using the same instances, to identify which would make it possible to provide better quality solutions. To solve the models and heuristics, a commercial optimization solver was used for the rescheduling of helicopter flights. Optimum solutions were obtained for part of the tested instances of the problem and, for those that could not be solved optimally, the settings for the heuristics were identified, which, among the tested ones, provided the best solutions comparatively. Thus, the results obtained demonstrate the notorious potential of the approaches proposed in this work to solve the evaluated ARP. No transporte aéreo de passageiros, frequentemente ocorrem eventos que inviabilizam o cumprimento da programação de voos prevista para um determinado período. Nessas situações, emerge o Problema de Recuperação de Aeronaves (ou ARP - Aircraft Recovery Problem), que envolve reprogramar voos e realocar aeronaves a esses voos com vistas à redução de atrasos, cancelamentos e outros tipos de ônus com o mínimo custo. Neste trabalho, tratou-se de um ARP em uma empresa de produção de óleo e gás com operação offshore que realiza, diariamente, via helicópteros, o transporte dos seus colaboradores e funcionários de aeroportos para unidades marítimas, e vice-versa. Para tanto, buscou-se: (i) desenvolver modelos de programação inteira mista (Mixed Integer Programming - MIP) para representar o problema, considerando tanto os diferentes objetivos de otimização buscados pela empresa (isto é, a minimização dos atrasos dos voos num dia, das necessidades de transferências de voos para o dia seguinte devido à eventos inesperados e a designação de helicópteros a voos distintos dos já alocados na programação) quanto de diversas restrições práticas da empresa; (ii) elaborar heurísticas MIP do tipo Relax-and-fix e Fix-and-optimize que, quando combinadas a um modelo formulado em (i), forneçam resultados de boa qualidade usando pouco tempo computacional. Quanto aos modelos, foram elaboradas cinco formulações cujas validações e comparações de desempenhos foram realizadas utilizando-se instâncias reais e simuladas fornecidas pela empresa, selecionando-se a formulação que forneceu a melhor solução dentro do tempo limite de uma hora. Em relação às heurísticas MIP, foram testadas diferentes configurações para identificar quais possibilitariam fornecer soluções de melhores qualidade, utilizando-se as mesmas instâncias. Para resolução dos modelos e das heurísticas, empregou-se um solver comercial de otimização para a reprogramação dos voos dos helicópteros. Foram obtidas soluções ótimas para uma parte das instâncias testadas do problema e, para as que não puderam ser resolvidas otimamente, foram identificadas as configurações para as heurísticas que, dentre as testadas, apresentaram o melhor desempenho em termos de qualidade de solução e tempo computacional. Assim, os resultados obtidos demonstram o bom potencial das abordagens propostas neste trabalho para tratar o ARP avaliado. 131321/2019-6

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) In the Brazilian humanitarian chain, product flows from the private sector to victims of disasters are only allowed on the hypothesis that a bidding process with the public sphere was carried out. The proposal of this work is a mixed-integer linear programming approach, for the supply of aid in disaster areas via acquisition and / or pre-positioning, with the purpose of integrating location of deposits decisions and evaluating the trade-off between the aids bought before and after the disaster, from the agreements between suppliers and the Brazilian Civil Defense. Location of deposits is treated under a localization approach of maximum coverage with the time of attendance to the victims being a limiting factor. Beyond location of deposits, is also considered its size to be opened. There are considered restrictions of geographical and product fairness, for a fair distribution of a budget available, common in the governmental scope. Results shows the need to maintain strategic stocks in certain Brazilians states, guaranteeing time satisfaction in emergencies products according to the stablished parameters. Na cadeia humanitária brasileira, os fluxos de produtos a partir do setor privado para as vítimas de desastres, são apenas permitidos na hipótese de que um processo licitatório com a esfera pública foi realizado. A proposta deste trabalho é uma abordagem de programação inteira mista, para o suprimento de ajudas em áreas de desastre via aquisição e/ou pré-posicionamento, visando integrar as decisões de localização de depósitos e de avaliação do trade-off entre a compra de ajudas no pré ou no pós-desastre a partir dos acordos realizados entre fornecedores e a Defesa Civil brasileira. A localização de depósitos é tratada sob um enfoque de localização de máxima cobertura sendo o tempo de atendimento às vítimas restritivo. Além da localização de depósitos, também é considerado o tamanho em que serão abertos. São consideradas restrições de equidade geográfica e por produto, para uma distribuição justa de um orçamento disponível, comum no âmbito governamental. Resultados mostram a necessidade de manter estoques estratégicos em vários estados do Brasil, para assim poder garantir o tempo de satisfação dos produtos emergenciais segundo os parâmetros estabelecidos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) We study an integrated process configuration, lot-sizing and scheduling problem, which appears in the context of a real production environment in the molded pulp packaging industry. Products are produced by alternative process configurations, which are defined by a combination of molds and a set of products to be produced. The production quantities, setup operations and capacity consumption depend on which process configurations are used, how long they are used for, and in which sequence they are scheduled. The total number of process configurations may be too large and difficult to define beforehand in some production environments, since a set of operational and technological constraints must be satisfied. For the particular case studied here, processes configuration decisions are generated at the same time as lot-sizing and sequencing decisions, which involve sequence-dependent setup costs and times. This research had the important collaboration of a typical molded pulp packaging company located in the São Paulo state, where real data were collected to validate the approaches proposed here. Two mathematical formulations are proposed to represent and optimize the problem, which are different in the way how process configuration decisions are represented. The first formulation is a linear formulation which uses some structures defined in advance to generate feasible process configuration; and the second one is a non-linear formulation which models the technical constraints of the problem to generate the process configurations to be implemented. Some valid inequalities and symmetry-breaking constraints are proposed to strengthen the formulations and improve the performance of the solution methods. The proposed mathematical approaches are solved using a standard mixed integer programming (MIP) solver, specifically the solver CPLEX. A branch-and-cut (B&C) algorithm, which takes into account the particularities of the formulations and implements logic-based Benders cuts in a branch-and-bound framework, and a MIP-based heuiristic are also proposed to solve the problem. Results show that in general, the formulations proposed here represent properly the integrated problem. Computational experiments shows that, although it is is challenging to solve to optimality all the problem instances presented here, the B&C algorithm outperforms the models’ resolution by CPLEX for all of the instances tested. Results also show that the valid inequalities and symmetry-breaking constraints proposed clearly improve the lower bounds of the formulations and the performance of the solution methods, particularly for the B&C algorithm. The heuristic proposed method also seems to be competitive for the problem instances tested, as it found optimal solutions for small instances, better solutions and similar solutions, in the worst case, compared to the ones provided by the exact approaches for large instances and involving much less computing times. Esta pesquisa aborda um problema integrado de configuração de processos, dimensionamento de lotes e sequenciamento da produção no contexto da indústria de embalagens em polpa moldada. Neste problema, os produtos são produzidos por meio de configurações de processos alternativos, as quais são determinadas por uma combinação de moldes e conjuntos de produtos produzidos a partir deles. O volume de produção de cada produto, os tempos de preparação da linha de produção e o consumo de capacidade dependem de quais configurações de processo são utilizadas, o tempo de produção de cada uma delas e a sequência em que são programadas. O número total de possíveis configurações de processo pode ser significativamente grande para alguns sistemas de produção, e a sua determinação é usualmente restrita a condições operacionais e tecnológicas do sistema, as quais devem ser satisfeitas para garantir que os planos de produção definidos sejam factíveis na prática. Motivado por este contexto industrial, o foco desta pesquisa é abordar e otimizar as decisões de configuração de processos de forma simultânea às decisões de dimensionamento de lotes e sequenciamento da produção, envolvendo tempos e custos de setup dependentes da sequência. Esta pesquisa contou com a colaboração de uma fábrica de embalagens de polpa moldada localizada no estado de São Paulo, pertencente a um grupo multinacional de fabricantes de produtos e equipamentos no setor de polpa, onde dados reais foram coletados para análise das abordagens aqui propostas. Duas formulações matemáticas são propostas para representar e otimizar o problema, as quais diferenciam-se principalmente na forma em que as decisões de configuração de processos são representadas. A primeira formulação consiste num modelo matemático linear inteiro, o qual utiliza estruturas definidas a priori numa etapa de pré-processamento, para representar de forma simplificada as decisões de configuração de processo. A segunda formulação consiste numa representação não linear que modela especificamente as restrições tecnológicas do problema, a fim de gerar configurações de processo factíveis de forma implícita e sem a necessidade da definição de estruturas para a linha de produção determinadas no pré-processamento. Desigualdades válidas e restrições de eliminação de simetria são apresentadas para fortalecer as formulações e melhorar a convergência dos métodos de solução. Os modelos matemáticos propostos são resolvidos por meio de um solver de otimização para problemas de programação inteira mista (PIM), especificamente o solver CPLEX. Ainda, para resolver o problema é desenvolvido um algoritmo branch-and-cut (B&C) que explora as especificidades das formulações matemáticas e implementa cortes baseados nas técnicas logic-based Benders numa árvore branch-and-bound. Um método de solução heurístico baseado em programação matemática também é proposto visando encontrar soluções competitivas aos resultados das abordagens exatas em curtos tempos computacionais. Os resultados mostram que ambas as formulações representam adequadamente o problema em estudo, envolvendo alternativas diferentes na representação integrada das decisões de configuração de processos, dimensionamento e sequenciamento da produção. Os experimentos computacionais mostram também que, embora a resolução ótima de todas as instâncias aqui analisadas seja um desafio, o algoritmo B&C proposto é significativamente mais eficiente que a resolução dos modelos via CPLEX. As desigualdades válidas propostas e as restrições de eliminação de simetria aprimoram os limitantes inferiores das formulações e melhoram significativamente os resultados dos métodos de solução, em particular do algoritmo B&C. Além disto, a heurística proposta demonstra ser competitiva para o problema, encontrando soluções ótimas para instâncias de tamanho médio e soluções competitivas às encontradas pelos métodos exatos para instâncias maiores, envolvendo tempos computacionais significativamente menores. CAPES: 2013/23700-8 FAPESP: 2015/24917-6

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) This dissertation adresses the general integrated lot sizing and scheduling problem for non-alcoholic beverage production with synchronization between stages and operating time windows for scheduling preventive maintenances. The problem is characterized by having two interdependent synchronized stages. In the first stage, machines (tanks) can supply several filling lines at the same time in the second stage, where the final items are packed. Production sequence-dependent times and costs exist. The review of the related literature indicates that existing models refer, generally, to particular cases of the general problem adressed here, the most common cases are the dedication of tanks to the lines, and disregarding the perishability of syrups and the possibility of scheduling preventive maintenances. A mathematical model for the general problem, called SMMRPM, has been proposed and applied in several instances to show the adherence and flexibility of the model to represent practical cases that can be found in reality. For the case of the dedication of tanks to lines, the model was compared with the dedicated model F1 (FERREIRA et al, 2012). The results indicate that the SMMRPM model is flexible and adherent to represent practical scenarios in which other models are not applicable, for example the possibility of scheduling preventive maintenance and consideration of perishability are differential of the proposal. In the plans obtained, it was shown that it is important to include these considerations that significantly affect the productive plans. In the case of dedication, compared to the dedicated model, the formulation SMMRPM achieves production plans, on average, 52.63 \% less costly than F1. Nesta dissertação de mestrado é pesquisado o problema geral integrado de dimensionamento e sequenciamento de lotes da produção de bebidas não alcoólicas com sincronia ente os estágios e janelas de tempo de operação para programação de manutenções preventivas. O problema é caracterizado por ter dois estágios sincronizados e dependentes entre si. As máquinas do primeiro estágio (tanques) podem suprir ao mesmo tempo várias linhas de envase no segundo estágio, onde são envasados os itens finais. Existem tempos e custos de setup dependentes da sequência de produção. A revisão da literatura relacionada indica que modelos existentes referem-se, em geral, a casos particulares do problema geral aqui tratado, sendo que os casos mais comuns são a dedicação de tanques à linhas, e desconsideração da perecibilidade dos xaropes e da possibilidade de programar manutenções preventivas. Foi proposto um modelo matemático para o problema geral, denominado SMMRPM, e aplicado em diversas instâncias a fim de mostrar a aderência e a flexibilidade do modelo para representar casos práticos que podem ser achados na realidade. Para o caso da dedicação de tanques a linhas, o modelo foi comparado com o modelo dedicado F1 (FERREIRA et al, 2012). Os resultados indicam que o modelo SMMRPM é flexível e aderente para representar cenários práticos em que outros modelos não são aplicáveis, por exemplo a possibilidade de programar manutenções preventivas e consideração da perecibilidade são diferenciais da proposta. Nos planos obtidos foi mostrada a importância da inclusão destas considerações que afetam significativamente os planos produtivos. No caso da dedicação, comparado com o modelo dedicado, a formulação SMMRPM consegue planos de produção, em média, 52.63 % menos custosos que o F1. Demanda Social

Resumo: Em um estudo anterior recente, modelos de otimização para a programação e o sequenciamento das frentes de colheita de cana-de-açúcar foram propostos. Esse é um problema agrícola e logístico complexo que envolve vários fatores, tais como o estágio de maturação da matéria-prima, a colheita na unidade agrícola e o transporte dessa matéria-prima para a unidade industrial, bem como a capacidade de moagem da unidade industrial. No presente estudo, aplica-se um dos modelos de otimização do estudo anterior para representar esse problema por meio de um modelo de programação inteira mista (PIM) de dimensionamento e sequenciamento de lotes da produção em máquinas paralelas com custos e tempos de setup dependentes da sequência. Propõem-se métodos baseados em heurísticas PIM para resolver esse modelo em uma situação real de uma safra de uma empresa típica do setor, inspirados em uma heurística de agregação de blocos de colheita, em heurísticas de construção do tipo relax-and-fix e heurísticas de melhoria do tipo fix-and-optimize. Para comparar os desempenhos desses métodos heurísticos foram realizados vários experimentos com diferentes combinações e variações desses métodos, e três abordagens foram capazes de gerar soluções de boa qualidade, sendo que uma delas é aqui detalhada e analisada, com resultados promissores para apoiar decisões de programação e sequenciamento das frentes de colheita de cana-de-açúcar. Abstract: In a recent study, optimization models were proposed for programming and scheduling sugarcane harvesting fronts. This is a complex agricultural and logistic problem comprising various factors, such as raw material maturation stage, harvesting at the agricultural unit, transporting of raw material to the plant, and milling capacities of the plant. In this study, one of the optimization models previously studied was used to represent this problem using Mixed Integer Programming (MIP) of a lot sizing and scheduling model in parallel machines with sequence dependent setup times and costs. The proposed methods are based on MIP heuristics to solve this model in a real situation of a harvest season of a typical company from this sector inspired by harvest block aggregation heuristics, relax-and-fix constructive heuristics, and fix-and-optimize improvement heuristics. To compare the performance of the heuristic methods, various experiments were conducted using different combinations and variations of these methods. Three approaches were able to produce good quality solutions. One of them is described in detail and analyzed in this study, showing promising results in terms of making programming and scheduling decisions concerning sugarcane harvesting fronts.

Não recebi financiamento The present work aims to study the problem of the production scheduling optimization of fruit-based beverage, such as nectars and fruit flavoured drinks. This is a lot sizing and scheduling problem in two main production stages (beverage preparation and bottling) found in typical companies of the sector. The main characteristics from this production process, that differs it from other lot sizing and scheduling the production of beverages problems, such as soft drinks and beer, is the existence of mandatory temporal cleanings in the process after a determined time without any cleaning and the presence of inventory buffers in the second stage, which impacts the synchronization between the two production stages. As far as the research is concerned, this optimization problem has not yet been addressed in industrial engineering and operational research literature. The objective of this thesis is to propose approaches with effective solutions for this problem. With these approaches, it is evaluated how to optimize the production scheduling in common factories at the sector, and with that, it is intended to contribute to the lot sizing and scheduling problems literature. A new mathematical model of optimization is proposed to represent the integrated two-stage lot sizing and scheduling problem with temporal cleaning for the fruit-based beverage production. Heuristic methods based on the decomposition of the problem into stages and on approximated models for the problem are also proposed. In addition, the branch-and-cut method from CPLEX solver and the relax-and-fix and fix-and-optimize heuristics are used to solve the integrated model. It also explores fix-and-optimize heuristics with neighborhood search. Computational tests are performed with instances based on real data from a typical company at the sector. The results show that the proposed optimization approaches provide good solutions to the problem and are effective in solving it in real situations. Nesta tese é estudado o problema de otimização da programação da produção de bebidas à base de frutas, como néctares e refrescos. Trata-se de um problema de dimensionamento e sequenciamento de lotes em dois estágios de produção principais (preparo da bebida e envase) encontrado em empresas típicas do setor. As principais características desse processo de produção, que o difere de outros problemas de planejamento e programação da produção de bebidas, como por exemplo refrigerantes e cerveja, é a existência de limpezas temporais obrigatórias no processo após determinado tempo sem nenhuma limpeza, e a existência de estoques pulmão (buffers) no segundo estágio, que influenciam na realização da sincronia de produção entre os dois estágios. Até onde se pesquisou, este problema de otimização ainda não foi abordado nas literaturas de engenharia de produção e pesquisa operacional. O objetivo desta tese é propor abordagens de solução efetivas para esse problema. Com essas abordagens, avalia-se como otimizar a programação da produção praticada em fábricas características do setor, e com isso, pretende-se contribuir para a literatura de problemas de dimensionamento e sequenciamento de lotes. Propõem-se um novo modelo matemático de otimização para representar o problema integrado de dimensionamento e sequenciamento de lotes dois estágios com limpezas temporais, para a produção de bebidas à base de frutas. Métodos heurísticos baseados na decomposição do problema em estágios e em modelos aproximados para o problema também são propostos. Além disso, são utilizados o método branch-and-cut do solver CPLEX, e heurísticas relax-and- fix e fix-and-optimize para resolver o modelo integrado. Explora-se também heurísticas fix-and-optimize com busca em vizinhança. Testes computacionais são realizados com instâncias baseadas em dados reais de uma empresa típica do setor. Os resultados mostram que as abordagens de otimização propostas fornecem boas soluções para o problema e que são efetivas para resolvê-lo em situações reais.

Resumo A produção de açúcar, álcool e energia elétrica a partir de cana-de-açúcar passa necessariamente pela colheita e transporte da matéria-prima, que são operações custosas, complexas e que interferem na eficiência industrial. Neste estudo, propõe-se abordagens de otimização para apoiar decisões de programação e sequenciamento das frentes de colheita inspiradas na representação do problema por meio de um modelo de dimensionamento e sequenciamento de lotes da produção em máquinas paralelas, com custos e tempos de setup dependentes da sequência, muito estudados na literatura. Para verificar a adequação e coerência dessa representação foram desenvolvidos vários experimentos com dados realistas. Os resultados obtidos mostram que as abordagens propostas representam apropriadamente o modelo conceitual estudado e têm grande potencial para redução de custos na prática. Abstract The production of sugar, ethanol, and electricity from sugarcane necessarily involves harvesting and transportation of raw materials, which are expensive and complex operations that affect industrial efficiency. The present study proposes optimization approaches to support programming and scheduling harvest front decisions, based on considering the representation of the lot sizing and scheduling problem on parallel machines with sequence-dependent setup times and costs, a modeling technique widely reported in the literature. We carried out real data experiments in order to verify the adequacy and consistency of this representation. The results show that the proposed approaches adequately represent the conceptual model studied and have great potential to reduce cost in real-life situations.

The tactical management of cash flow is critical in financial management of a company or organization. Several mathematical models for planning cash flow have been proposed in recent decades. Most of the models are deterministic and initially treated as an extension of the economic order quantity. This thesis addresses the cash management problem from the perspective of optimization models present in the Operations Research literature. The aim is to study, develop and apply formulations based on mathematical programming and network flows, considering uncertainties in parameters, to support the decisions involved in managing the cash flow. A case study was developed in a typical company of the stationery sector to analyze the suitability and potential of the proposed approaches for companies of this sector. For that, this thesis implement robust optimization and stochastic programming to address the parameters uncertainties in the problem of maximizing the available financial resources at the end of a multi-period and finite planning horizon of the company's cash flow. The proposed approaches are based on a deterministic model which uses a network flow to maximize the cash flow return at the end of the period. For the treatment of uncertainties in the parameters that define the flow of financial resources in time are used the robust optimization approach of worst case interval and the stochastic programming approach risk neutral, minimax with regret and conditional value-at-risk. There were no other studies in the literature following this line of research. As shown in this thesis the proposed approaches can generated promising results for the management of cash flow in companies of the stationery sector and others, with significant contributions in financial decision-making department, particularly for the treatment of uncertainties in the parameters of the cash flow. O gerenciamento do fluxo de caixa tático é fundamental na gestão financeira de uma empresa ou organização. Vários modelos matemáticos para planejar o fluxo de caixa foram propostos nas últimas décadas. Na sua maioria, os modelos são determinísticos e, inicialmente, tratados como uma extensão da fórmula do lote econômico de compra. Esta tese aborda o problema da gestão do caixa sob a ótica de modelos de otimização presentes na literatura da Pesquisa Operacional. O objetivo é estudar, desenvolver e aplicar formulações baseadas em programação matemática e fluxos em rede, considerando incertezas nos parâmetros, para apoiar as decisões envolvidas no gerenciamento do fluxo de caixa. Um estudo de caso é desenvolvido numa empresa típica do setor de material escolar, para analisar a adequação e o potencial das abordagens propostas em empresas deste setor. Para tal, são utilizados métodos de otimização robusta e programação estocástica para tratar as incertezas nos parâmetros do problema de maximização dos recursos financeiros disponíveis no final de um horizonte de planejamento multi-período e finito do caixa da empresa. As abordagens propostas são baseadas num modelo determinístico, que utiliza uma rede de fluxos para maximizar o retorno do caixa no final do período considerado. Para o tratamento das incertezas presentes nos parâmetros que definem os fluxos de recursos no tempo, são utilizadas a abordagem de otimização robusta de análise de pior caso intervalar e a abordagem de programação estocástica de dois estágios com recurso neutra ao risco e de aversão ao risco minimax com arrependimento e valor em risco condicional. Não foram encontrados outros estudos na literatura seguindo esta linha de pesquisa. Conforme mostrado nesta tese, as abordagens propostas podem gerar resultados promissores para a gestão do fluxo de caixa de empresas de material escolar e outros, com contribuições significativas nas tomadas de decisões de um gestor financeiro, principalmente quanto ao tratamento das incertezas nos parâmetros do fluxo de caixa.

The production of sugar, ethanol and electricity from sugar cane necessarily involves harvesting and transportation of raw materials, which are expensive and complex operations and have significant influence on the quality of the industrial raw material. The literature reports several optimization approaches related to the planning of planting, harvesting and transporting of sugarcane, however the scheduling of harvesting fronts is underexplored. This thesis intends to contribute to the state-of-art of this important issue in the context of the Brazilian agribusiness. Optimization approaches to support scheduling decisions of harvesting fronts considering the balance of harvesting and transportation capacities, as well as good agronomic management are proposed. The approaches are inspired by the representation of the problem as a lot sizing and scheduling model with parallel machines and sequence-dependent setup costs and times, a modelling technique well studied in the production planning and control literature. Three variants of this formulation, based on mathematical programming models, were developed and tested in two real case studies of medium size sugar mills. Heuristic methods based on aggregation procedures and mathematical programming have also been studied and developed to solve large scaled problems found in practice. Among the three variants studied, one presented the best solution quality within the expected execution time. Important scenario analysis were done indicating that the schedule s fulfilment provides reduction of harvesting and transporting complexity to the following season, which can generate significant saves in the cases studied. Besides that, comparing the proposed scheduling method with one of the sector s practice, it can be generated also significant cost reduction in the cases studied. The results were analyzed according to a validation methodology (descriptive facet of tetraedrum) well known in the literature. A produção de açúcar, álcool e energia elétrica a partir de cana-de-açúcar passa necessariamente pela colheita e transporte da matéria-prima, que são operações custosas, complexas e que interferem significativamente na qualidade da matéria-prima industrial. A literatura reporta várias abordagens de otimização relacionadas ao planejamento do plantio, da colheita e do transporte de cana-de-açúcar, todavia a programação das frentes de colheita é pouco explorada. Nesta tese pretende-se contribuir para o estado da arte deste importante tema no contexto do agronegócio brasileiro. Propõe-se abordagens de otimização para apoiar decisões de programação das frentes de colheita, considerando-se o equilíbrio das capacidades de colheita e transporte, bem como um bom manejo agronômico. As abordagens são inspiradas na representação do problema por meio de um modelo de dimensionamento de lotes e sequenciamento da produção em máquinas paralelas com custos e tempos de setup dependentes da sequência, bem estudado na literatura em contextos de planejamento e controle da produção. Para isso foram desenvolvidas três variantes desta formulação baseadas em programação matemática, voltadas para a programação das frentes de colheita, que foram testadas em dois estudos de caso reais de usinas de cana-de-açúcar de médio porte do setor. Métodos heurísticos baseados em procedimentos de agregação e programação matemática também foram estudados e desenvolvidos para a resolução dos problemas de grande porte encontrados na prática. Das três variantes estudadas, uma delas apresentou melhor qualidade da solução dentro de tempos computacionais aceitáveis para o problema. Análises de cenário importantes foram feitas indicando que o cumprimento da programação proporciona redução de complexidade da colheita e transporte na safra seguinte, podendo gerar economias significativas nos casos estudados. Além disso, a comparação dos resultados das abordagens aqui exploradas com o que é praticado no setor indica um potencial de redução de custos também significativo para os casos estudados. Os resultados foram analisados de acordo com uma metodologia de validação (faceta descritiva do tetraedro) conhecida na literatura.

Submitted by Vitor Silverio Rodrigues (vitorsrodrigues@reitoria.unesp.br) on 2014-05-27T11:30:50Z No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-05-27T14:33:02Z : No. of bitstreams: 1 2-s2.0-84885061823.pdf: 478071 bytes, checksum: 08ea3aaa988c575559759529cdba9749 (MD5) Made available in DSpace on 2014-05-27T11:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-10-10 In this paper, capacitated lot sizing problems in which the classical lot sizing decisions are made considering the transportation costs of the manufactured products were studied. These costs are related to the necessary number of pallets or trucks to pack and/or transport the products from the factory to the warehouse. Three extensions of a mixed integer linear programming model from the literature are considered, representing general cases that are commonly found in companies. These models are tested and evaluated using an optimization package, and a Lagrangian heuristic was developed for one of the extensions proposed. Departamento de Engenharia de Produção Universidade Federal de São Carlos - UFSCar, Rod. Washington Luís, Km 235, CEP 13565-905, São Carlos, SP Departamento de Ciências da Computação e Estatística Universidade Estadual Paulista - UNESP, Rua Cristóvão Colombo, 2265, CEP 15054-000, São José do Rio Preto, SP Departamento de Ciências da Computação e Estatística Universidade Estadual Paulista - UNESP, Rua Cristóvão Colombo, 2265, CEP 15054-000, São José do Rio Preto, SP

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) Soybean is one of the most important Brazilian agricultural products and its complex - composed by grain, meal and by crude and refined oils - yields about $ 30 billion only in exports annually. Approximately 40% of soybeans harvested is exported, while the remaining 60% go through industries. After processing the soy grain, meal and crude oil are obtained, and crude oil can be further refined. These products can be domestically consumed or exported. This thesis propose optimization approaches based on network flow models to represent, at the operational level, decisions on intermodal transport, processing and storage along the chain. And, at the strategic level, we propose facility location models based on mixed integer programming to support investment decisions in intermodal terminals, in processing and refining facilities, besides in warehouses. To better represent this supply chain, which is a large scale system, it is also developed a highly sparse network structure, making the models more tractable computationally. In this study, the focus is on the decision-making process of companies in this sector, rather than aimming to support government decisions in the soybean chain, as in previous studies in the literature. Typical problems of companies are specialized only in the export of soybeans and also companies operating throughout the agribusiness chain of soybean and its byproducts. This assumption deals with a natural subdivision of the network flow models in problems oriented by single product, as in the case of the first companies, and by multiproducts in the case of other enterprises. Verification tests were conducted using secondary data and realistic scenarios to illustrate the applicability of the proposed approaches. For computational effort tests, instances were randomly generated. Tests conducted in an optimization software compares the computational performance of these models in different tests of control parameters, including the use of relaxations. Additionally, some mathematical programming based heuristics were proposed and tested - relax-and-fix and fix-and-optimize - for two location models of intermodal terminals, warehouses, refineries and overwhelming, comparing the results obtained with exact and approximate approaches. A soja é um dos principais produtos agrícolas brasileiros e seu complexo – formado pelo grão, pelo farelo e pelos óleos bruto e refinado – movimenta cerca de 30 bilhões de dólares somente em exportações anualmente. Do total colhido, aproximadamente 40% da soja em grão é exportada, enquanto os 60% restantes passam por processos de industrialização. Após o esmagamento, obtêm-se farelo e óleo bruto, sendo que este último pode ainda ser refinado. Esses produtos derivados podem ser consumidos internamente ou exportados. Nesta tese são propostas abordagens de otimização baseadas em modelos de fluxos em redes para representar, no nível operacional, decisões de transporte intermodal, industrialização e armazenagem ao longo da cadeia. E, no nível estratégico, são propostos modelos de localização de instalações baseados em programação inteira mista para apoiar decisões de investimento em terminais intermodais, esmagadoras e refinarias, além de armazéns. Para melhor representar essa cadeia de suprimentos, que é de grande porte, também foi desenvolvida uma estrutura de rede altamente esparsa, tornando os modelos mais tratáveis sob o ponto de vista computacional. Neste estudo, o foco está no processo de decisão de empresas desse setor, ao invés de ter como objetivo apoiar decisões governamentais na cadeia da soja, como em estudos anteriores da literatura. Foram abordados problemas característicos de empresas especializadas somente na exportação da soja em grão e também empresas atuantes em toda a cadeia agroindustrial da soja e seus derivados. Isso leva a uma subdivisão natural dos modelos de fluxos em redes orientados para problemas monoproduto, como no caso das primeiras empresas, e multiproduto, no caso das últimas empresas. Testes de verificação foram realizados com dados secundários e cenários realistas, para ilustrar a aplicabilidade das abordagens propostas. Para os testes de esforço computacional, foram gerados exemplares com dados aleatórios. Os testes realizados em um software de otimização comparam o desempenho computacional desses modelos em diferentes opções de parâmetros de controle, incluindo o uso de relaxações. Adicionalmente, foram propostas e testadas algumas heurísticas de programação matemática – relax-and-fix e fix-and-optimize – para dois dos modelos de localização de terminais intermodais, armazéns, esmagadoras e refinarias, comparando os resultados obtidos com abordagens exatas e aproximadas. 2008/09037-6

The main concern of this work is related to the development of an aggregate production planning model of a cooperative society of sugar and alcohol milling companies. This mathematical model is based on a hierarquical approach between the annual planning problem of the cooperative and the tactical planning horizon of the sugarcane mills. In the cooperative level the main questions are related to the allocation of production goals to each mill and the management of inventory and dynamic demands. In the milling companies level a process selection model aims at helping the decision makers to determine the quantity of sugarcane crushed, the selection of sugarcane suppliers, the selection of sugarcane transport system suppliers, the selection of industrial process used in the sugar, alcohol, molasses and energy production. Besides that, this work presents an analysis of the impact of uncertainties in the aggregate planning problem parameters, using robust optimization techniques. To solve the linear and mixed integer mathematical problem found in this modeling, we applied a state of the art modelling language with an optimization solver. A case study was developed in a cooperative of sugar and alcohol milling companies located in the state of Alagoas- Brazil and at Santa Clotilde mill, located in the city of Rio Largo-AL. The results of this case study helped us to verify the applicability of the proposed models in the aggregate production planning of the studied organizations. Computational results are presented and analyzed with real data application. O objetivo deste trabalho é desenvolver modelos de programação matemática para o planejamento agregado da produção em usinas cooperadas do setor sucroenergético. Os modelos desenvolvidos devem considerar a relação hierárquica existente entre o planejamento anual de toda a cooperativa e o planejamento tático de safra de uma das usinas cooperadas. No nível de decisão da cooperativa o modelo deve indicar a meta de produção de cada usina e definir a política de estocagem e de atendimento da demanda. No nível de decisão da usina o modelo deve sugerir a quantidade de cana-de-açúcar colhida por fornecedor, a quantidade de cana transportada por prestador de serviço, a seleção dos processos de produção de açúcar, álcool, melaço e energia elétrica. Além disso, esta tese explora a aplicação de técnicas de otimização robusta para tratar incertezas inerentes aos parâmetros utilizados no processo decisório da cooperativa e de cada usina. Para resolver os modelos de programação linear e programação inteira mista, utilizou-se uma linguagem de modelagem algébrica e um solver de última geração de programação matemática. Um estudo de caso foi realizado na cooperativa regional dos produtores de açúcar e álcool do estado de Alagoas e na usina cooperada Santa Clotilde, localizada no município de Rio Largo-AL. Neste estudo, foi possível verificar a adequação dos modelos propostos quando aplicados para apoiar decisões envolvidas no planejamento agregado da produção das organizações estudadas. Resultados computacionais são apresentados e analisados, comparando o planejamento executado pelas empresas e os resultados obtidos com a modelagem.

Financiadora de Estudos e Projetos Cutting and packing problems are important in the production planning of various industrial segments involving goals such as minimizing the negative efects generated by waste of materials or idle spaces. The loss of material due to an inadequate programming of the cutting or packing patterns, can be substantial, and, in general, parts of these losses can be avoided only with a more eficient production planning, not resulting in additional investments in production processes. This study aimed at evaluating the performance of the Benders decomposition method, applied to the manufacturer and distributor pallet loading models. The manufacturer pallet loading model involves packing equal boxes on a pallet, so as to optimize its use. The distributor pallet loading model involves packing boxes of diferent sizes on a pallet, also a way to optimize its use. The approach based on Benders decomposition, defines a relaxation algorithm that partitions the original problem in two other problems easier to be solved. To check the effectiveness of the approach, computational tests were carried out by comparing the results with those obtained by a computational package composed of a modeling language (GAMS) and a last generation optimization solver (CPLEX ). Os problemas de corte e empacotamento são importantes no planejamento da produção de vários segmentos industriais envolvendo objetivos como, por exemplo, minimizar os efeitos negativos gerados por desperdício de materiais ou espaços ociosos. As perdas de material, devido a uma programação pouco adequada dos padrões de corte ou empacotamento, podem ser substanciais, sendo que, em geral, parte destas perdas pode ser evitada apenas com uma programação da produção mais eficiente, não implicando em investimentos adicionais nos processos de produção. O objetivo deste estudo é verificar o desempenho do método de decomposição de Benders aplicado a modelos de carregamento de paletes do produtor e do distribuidor. O problema de carregamento de paletes do produtor envolve empacotar caixas iguais sobre um palete, de maneira a otimizar o aproveitamento deste. O problema de carregamento de paletes do distribuidor envolve empacotar caixas de tamanhos diferentes sobre um palete, também de maneira a otimizar o aproveitamento deste. A abordagem baseada na reformulação de Benders define um algoritmo de relaxação que particiona o problema original em dois outros problemas mais simples de serem resolvidos. Para verificar a eficiência da abordagem, realizaram-se testes computacionais, comparando os resultados obtidos com os obtidos pelo pacote computacional composto de uma linguagem de modelagem (GAMS) e um software de otimização de última geração (CPLEX).

Este trabalho trata de um problema prático de dimensionamento e seqüenciamento de lotes em uma fundição. Existem dois níveis de decisão inter-relacionados: programação do forno, em que um tipo de liga é escolhido para ser produzido em cada período, e planejamento das máquinas de moldagem, que especifica a quantidade de cada item deve ser produzida em cada período, isto é, dimensionamento dos lotes. Um modelo de programação inteira mista é proposto e um método de solução baseado em busca local é desenvolvido. O planejamento da produção é feito usando a técnica de horizonte rolante, em que somente a programação para os períodos imediatos é implementada. Os resultados dos testes computacionais são analisados e comparados com os resultados obtidos utilizando um pacote comercial. This article discusses a practical lot-sizing and scheduling problem in a foundry, involving two interrelated decision levels: furnace scheduling - in which a type of alloy is selected for production in each period, and molding machine planning - which specifies the quantity of each item to be manufactured in each period, i.e., lot-sizing. A mixed integer programming (MIP) model is proposed for this problem and a solution method is developed based on local search. The production is planned using the rolling horizon technique, whereby only immediate-period schedules are implemented. The results of the computational tests are analyzed and compared with those obtained using a commercial package.

This work presents optimization models to support decisions of the Production Planning and Control (PPC) in the industry of grains electrocasting. A case study was accomplished in one of the largest companies in the State of São Paulo. The objective of the study is to contribute for the improvement of the system of PCP of companies of grains electrocasting, in such a way to obtain gains of productivity and to improve the user service level with respect to due date satisfaction. For that Mixed Integer Linear Programming models were applied to aid particularly in the decisions of production scheduling. Optimizing the production scheduling in the industry of grains electrocasting is not a simple task, mainly due to the greatness of setup times of the equipments, the diversity of products and the limitations of the order due dates. Este trabalho apresenta modelos de otimização para apoiar decisões do Planejamento e Controle da Produção (PCP) na indústria de grãos eletrofundidos. Um estudo de caso foi realizado numa das maiores empresas do setor no estado de São Paulo. O objetivo do estudo é contribuir para a melhoria do sistema de PCP de empresas de grãos eletrofundidos, de maneira a obter ganhos de produtividade e melhorar o nível de serviço aos clientes no atendimento dos prazos de entrega. Para isso, foram aplicados modelos de Programação Linear Inteira Mista para auxiliar particularmente nas decisões da programação da produção, e analisar os resultados obtidos. Otimizar a programação da produção na indústria de grãos eletrofundidos não é uma tarefa simples, principalmente devido à grandeza dos tempos de preparação dos equipamentos, à diversidade de produtos e às limitações dos prazos de entrega.