Abordagens de otimização para a programação e sequenciamento das frentes de colheita de cana-de-açúcar

Rogério de Ávila Ribeiro Junqueira; Reinaldo Morabito

doi:10.1590/0104-530X1882-16

Artigo

Abordagens de otimização para a programação e sequenciamento das frentes de colheita de cana-de-açúcar

Optimization approaches for sugarcane harvest front programming and scheduling

Rogério de Ávila Ribeiro Junqueira; Reinaldo Morabito

http://dx.doi.org/10.1590/0104-530X1882-16 Gest. Prod., vol.24, n2, p.407-422, 2017

PDF

SciELO

Downloads: 0

Resumo

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.

Palavras-chave

Planejamento de colheita de cana-de-açúcar, Programação e sequenciamento de frentes de colheita, Dimensionamento e sequenciamento de lotes de produção, Programação inteira mista

Abstract

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.

Keywords

Sugarcane harvesting planning, Programming and scheduling of harvest fronts, Lot sizing and scheduling, Mixed integer programming

Referências

Allahverdi, A., Ng, C. T., Cheng, T. C. E., & Kovalyov, M. Y. (2008). A survey of scheduling problems with setup times or costs. European Journal of Operational Research, 187(3), 985-1032. http://dx.doi.org/10.1016/j.ejor.2006.06.060.

Araújo, S. A., Arenales, M. N., & Clark, A. R. (2008). Lot sizing and furnace scheduling in small foundries. Computers & Operations Research, 35(3), 916-932. http://dx.doi.org/10.1016/j.cor.2006.05.010.

Araújo, S. A., Arenales, M., & Clark, A. R. (2007). Joint rolling-horizon scheduling of materials processing and lot-sizing with sequence-dependent setups. Journal of Heuristics, 13(4), 337-358. http://dx.doi.org/10.1007/s10732-007-9011-9.

Barata, M. Q. F. (1992). Otimização econômica do corte e reforma de canaviais (Dissertação de mestrado). Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo, Piracicaba.

Clark, A. R., Morabito, R., & Toso, E. A. V. (2010). Production setup-sequencing and lot-sizing at an animal nutrition plant through ATSP subtour elimination and patching. Journal of Scheduling, 13(2), 111-121. http://dx.doi.org/10.1007/s10951-009-0135-7.

Drexl, A., & Kimms, A. (1997). Lot sizing and scheduling: survey and extensions. European Journal of Operational Research, 99(2), 221-235. http://dx.doi.org/10.1016/S0377-2217(97)00030-1.

Ferreira, D., Clark, A. R., Almada-Lobo, B., & Morabito, R. (2012). Single-stage formulations for synchronised two-stage lot sizing and scheduling in soft drink production. International Journal of Production Economics, 136(2), 255-265. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpe.2011.11.028.

Ferreira, D., Morabito, R., & Rangel, S. (2009). Solution approaches for the soft drink integrated production lot sizing and scheduling problem. European Journal of Operational Research, 196(2), 697-706. http://dx.doi.org/10.1016/j.ejor.2008.03.035.

Ferreira, D., Morabito, R., & Rangel, S. (2010). Relax and fix heuristics to solve one-stage one-machine lot sizing models for small-scale soft drink plants. Computers & Operations Research, 37(4), 684-691. http://dx.doi.org/10.1016/j.cor.2009.06.007.

Fleischmann, B., & Meyr, H. (1997). The general lotsizing and scheduling problem. Operations Research Spectrum, 19(1), 11-21. http://dx.doi.org/10.1007/BF01539800.

Grunow, M., Günther, H. O., & Westinner, R. (2007). Supply optimization for the production of raw sugar. International Journal of Production Economics, 110(1-2), 224-239. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpe.2007.02.019.

Haase, K., & Kimms, A. (2000). Lot sizing and scheduling with sequence-dependent setup costs and times and eficient rescheduling opportunities. International Journal of Production Economics, 66(2), 159-169. http://dx.doi.org/10.1016/S0925-5273(99)00119-X.

Hahn, M. H., & Ribeiro, R. V. (1999). Heuristic guided simulator for the operational planning of the transport of sugar cane. The Journal of the Operational Research Society, 50(5), 451-459. http://dx.doi.org/10.1057/palgrave.jors.2600660.

Higgins, A. (1999). Optimizing cane supply decisions within a sugar mill region. Journal of Scheduling, 2(5), 329-344. http://dx.doi.org/10.1002/(SICI)1099-1425(199909/10)2:5<229::AID-JOS29>3.0.CO;2-L.

Higgins, A., & Muchow, R. (2003). Assessing the potential benefits of alternative cane supply arrangements in the Australian sugar industry. Agricultural Systems, 76(2), 623-638. http://dx.doi.org/10.1016/S0308-521X(02)00031-8.

Higgins, A., Antony, G., Sandell, G., Davies, I., Prestwidge, D., & Andrew, B. (2004). A framework for integrating a complex harvesting and transport system for sugar production. Agricultural Systems, 82(2), 99-115. http://dx.doi.org/10.1016/j.agsy.2003.12.004.

Jans, R., & Degraeve, Z. (2008). Modeling industrial lot sizing problems: a review. International Journal of Production Research, 46(6), 1619-1643. http://dx.doi.org/10.1080/00207540600902262.

Jena, S. D., & Poggi, M. (2013). Harvest planning in the Brazilian sugar cane industry via mixed integer programming. European Journal of Operational Research, 230(2), 374-384. http://dx.doi.org/10.1016/j.ejor.2013.04.011.

Junqueira, R. A. R. J. (2014). Programação das frentes de colheita de cana-de-açúcar: uma modelagem visando o equilíbrio das capacidades de colheita e transporte (Tese de doutorado). Departamento de Engenharia de Produção, Universidade Federal de São Carlos, São Carlos.

Maes, J., McClain, J. O., & Van Wassenhove, L. N. (1991). Multilevel capacitated lotsizing complexity and LP-based heuristics. European Journal of Operational Research, 53(2), 131-148. http://dx.doi.org/10.1016/0377-2217(91)90130-N.

Meyr, H. (2000). Simultaneous lotsizing and scheduling by combining local search with dual reoptimization. European Journal of Operational Research, 120(2), 311-326. http://dx.doi.org/10.1016/S0377-2217(99)00159-9.

Meyr, H. (2002). Simultaneous lotsizing and scheduling on parallel machines. European Journal of Operational Research, 139(2), 277-292. http://dx.doi.org/10.1016/S0377-2217(01)00373-3.

Meyr, H., & Mann, M. (2013). A decomposition approach for the general lotsizing and scheduling problem for parallel production lines. European Journal of Operational Research, 229(3), 718-731. http://dx.doi.org/10.1016/j.ejor.2013.03.036.

Piewthongngam, K., Pathumnakul, S., & Setthanan, K. (2009). Application of crop growth simulation and mathematical modeling to supply chain managementin the Thaisugar industry. Agricultural Systems, 102(1-3), 58-66. http://dx.doi.org/10.1016/j.agsy.2009.07.002.

Sartori, M. M. P., Florentino, H. O., Basta, C., & Leão, A. L. (2001). Determination of the optimal quantity of crop residues for energy in sugarcane crop management using linear programming in variety selection and planting strategy. Energy, 26(11), 1031-1040. http://dx.doi.org/10.1016/S0360-5442(01)00052-4.

Souza, R. J. (2001). A logística como instrumento de reestruturação, redução de custos e melhorias na qualidade em Agroindústrias: uma aplicação ao setor sucroalcooleiro (Dissertação de mestrado). Instituto de Matemática, Estatística e Ciência da Computação, Universidade de Campinas, Campinas.

Toso, E. A. V., Morabito, R., & Clark, A. R. (2009). Lot sizing and sequencing optimisation at an animal-feed plant. Computers & Industrial Engineering, 57(3), 813-821. http://dx.doi.org/10.1016/j.cie.2009.02.011.

Universidade de São Paulo – USP. Instituto Pecege. (2012). Custos de produção de Cana-de-açúcar, Açúcar e Etanol no Brasil: acompanhamento da Safra 2011/12 Centro Sul. Piracicaba: Programa de Educação Continuada em Economia e Gestão de Empresas, Departamento de Economia, Administração e Sociologia, Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo. Relatório apresentado à Confederação da Agricultura e Pecuária do Brasi (CNA).

Wolsey, L. A. (1998). Integer programming. New York: John Wiley & Sons.

Abordagens de otimização para a programação e sequenciamento das frentes de colheita de cana-de-açúcar

Optimization approaches for sugarcane harvest front programming and scheduling

Rogério de Ávila Ribeiro Junqueira; Reinaldo Morabito

Resumo

Palavras-chave

Abstract

Keywords

Referências

Links

Compartilhar

Gest. Prod.