Gestão & Produção
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Gestão & Produção
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Otimização da programação da produção de bebidas à base de frutas por meio de modelos de programação inteira mista

Optimizing the production scheduling of fruit juice beverages using mixed integer programming models

Marina Sanches Pagliarussi; Reinaldo Morabito; Maristela Oliveira Santos

http://dx.doi.org/10.1590/0104-530X2288-15 Gest. Prod., vol.24, n1, p.64-77, 2016
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Resumo

Resumo: Neste estudo, considera-se um problema de dimensionamento e programação de lotes de produção de bebidas não alcoólicas à base de frutas. O problema é caracterizado por horizonte de planejamento com múltiplos períodos, processo de produção com máquinas distintas, restrições de capacidades de produção e tempos de preparação das máquinas independentes da sequência de produção, além de condições especiais de preparações, como limpezas obrigatórias das máquinas dentro de limitações de tempo de produção. Para tratar o problema, propõe-se uma abordagem de solução baseada em modelos de programação matemática e uso de softwares de otimização. Os modelos são modificações de modelos de programação linear inteira mista conhecidos na literatura de dimensionamento e programação de lotes de produção. Porém, ao invés de considerar múltiplas máquinas em paralelo, os modelos propostos exploram outras possíveis configurações de máquinas para representar apropriadamente os processos de produção envolvidos na produção de bebidas à base de frutas. A abordagem proposta é validada por meio de um estudo realizado em uma fábrica de sucos e néctares de frutas no interior do Estado de São Paulo, em que as soluções obtidas pelos modelos foram testadas e analisadas em situações realistas da empresa. Os resultados mostram que a abordagem tem bom potencial de aplicação prática.

Palavras-chave

Indústria de bebidas não alcoólicas, Planejamento da produção, Programação inteira mista, Dimensionamento de lotes

Abstract

Abstract: This study considers a production lot-sizing and scheduling problem of non-alcoholic fruit juice beverages. The problem is characterized by a multi-period planning horizon, a production process with different machines, capacity constraints and setup times independent from the production sequence, as well as special conditions regarding required machines clean-in-place (CIP) within production time periods. To deal with this problem, we propose a solution approach based on mathematical programming and using optimization software. The models are modifications of mixed integer programming models known in the lot sizing and scheduling literature. However, instead of considering multiple parallel machines, the proposed models explore other possible configurations of machines to properly represent the production processes involved in producing fruit beverages. The proposed approach is validated by a study carried out in a fruit juice company located in the interior of Sao Paulo State, Brazil, in which the solutions obtained by the models were tested and analyzed in real situations at the company. The results show that the approach is potentially good for practical applications.

Keywords

Non-alcoholic fruit juice beverage industry, Production planning, Mixed integer programming, Lot sizing and scheduling problem

Referencias

Almada-Lobo, B., Oliveira, J. F., & Carravilla, M. A. (2008). Production planning and scheduling in the glass container industry: A VNS approach. International Journal of Production Economics, 114(1), 363-375. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpe.2007.02.052.

Araujo, 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.

Associação Brasileira das Indústrias de Refrigerantes e de Bebidas não Alcoólicas – ABIR. (2010). Recuperado em 10 de fevereiro de 2010, de http://abir.org.br/

Buschkühl, L., Sahling, F., Helber, S., & Tempelmeier, H. (2010). Dynamic capacitated lot-sizing problems: a classification and review of solution approaches. OR-Spektrum, 32(2), 231-261. http://dx.doi.org/10.1007/s00291-008-0150-7.

Clark, A. R. (2003). Hybrid heuristics for planning lot setups and sizes. Computers & Industrial Engineering, 45(4), 545-562. http://dx.doi.org/10.1016/S0360-8352(03)00073-1.

Defalque, C. M., Rangel, S., & Ferreira, D. (2011). Usando o ATSP na modelagem do problema integrado de produção de bebidas. TEMA - Tendências em Matemática Aplicada, 12(3). http://dx.doi.org/10.5540/tema.2011.012.03.0195.

Diário Econômico. (2011). Recuperado em 10 fevereiro de 2011, de http://www.diariodepernambuco.com.br/2011/03/01/economia3_0.asp

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., 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-scheduling 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 lot sizing and scheduling problem. OR-Spektrum, 19(1), 11-21. http://dx.doi.org/10.1007/BF01539800.

Glock, C. H., Grosse, E. H., & Ries, J. M. (2014). The lot sizing problem: A tertiary study. International Journal of Production Economics, 155, 39-51. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpe.2013.12.009.

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.

Karimi, B., Fatemi Ghomi, S. M. T., & Wilson, J. M. (2003). The capacitated lot sizing problem: a review of models and algorithms. Omega, 31(5), 365-378. http://dx.doi.org/10.1016/S0305-0483(03)00059-8.

Kopanos, G. M., Puigjaner, L., & Georgiadis, M. C. (2010). Optimal Production Scheduling and Lot-Sizing in Dairy Plants: The Yogurt Production Line. Industrial & Engineering Chemistry Research, 49(2), 701-718. http://dx.doi.org/10.1021/ie901013k.

Leite, R. P. M. (2008). Um estudo sobre o problema de dimensionamento e sequenciamento da produção no setor de bebidas (Trabalho de Conclusão de Curso). Universidade Federal de São Carlos, São Carlos.

Luche, J. R. D., Morabito, R., & Pureza, V. (2009). Combining process selection and lot sizing models for production scheduling of electrofused grains. Asia-Pacific Journal of Operational Research, 26(3), 421-443. http://dx.doi.org/10.1142/S0217595909002286.

Marinelli, F., Nenni, M. E., & Sforza, A. (2007). Capacitated lot sizing and scheduling with parallel machines and shared buffers: a case study in a packaging company. Annals of Operations Research, 150(1), 177-192. http://dx.doi.org/10.1007/s10479-006-0157-x.

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.

Pagliarussi, M. S. (2013). Contribuições para a otimização da programação de bebidas à base de frutas (Dissertação de Mestrado). Universidade Federal de São Carlos, São Carlos.

Pirillo, C. P., & Sabio, R. P. (2009). 100% suco: nem tudo é suco nas bebidas de frutas. Revista HortiFruti Brasil, 81, 6-7. Recuperado em 10 fevereiro de 2011, de http://www.cepea.esalq.usp.br/hfbrasil/edicoes/81/mat_capa.pdf

Rangel, S., & Ferreira, D. (2003). Um modelo de dimensionamento de lotes aplicado à indústria de bebidas. TEMA – Tendências em Matemática Aplicada, 4(2), 237-246.

Santos, M. O., & Almada-Lobo, B. (2012). Integrated pulp and paper mill planning and scheduling. Computers & Industrial Engineering, 63(1), 1-12. http://dx.doi.org/10.1016/j.cie.2012.01.008.

Sistema de Controle de Produção de Bebidas – SICOBE. (2005). Recuperado em 10 fevereiro de 2011, de http://idg.receita.fazenda.gov.br/orientacao/tributaria/regimes-e-controles-especiais/sistema-de-controle-de-producao-de-bebidas-2013-sicobe

Toledo, C. F. M., França, P. M., Morabito, R., & Kimms, A. (2007). Um modelo de otimização para o problema integrado de dimensionamento de lotes e programação da produção em fábricas de refrigerantes. Pesquisa Operacional, 27(1), 155-186. http://dx.doi.org/10.1590/S0101-74382007000100009.

Toledo, C. F. M., França, P. M., Morabito, R., & Kimms, A. (2009). Multi-population genetic algorithm to solve the synchronized and integrated two-level lot sizing and scheduling problem. International Journal of Production Research, 47(11), 3097-3119. http://dx.doi.org/10.1080/00207540701675833.

Toledo, C. F. M., Kimms, A., França, P. M., & Morabito, R. (2015). The synchronized and integrated two-level lot sizing and scheduling problem: evaluating the generalized mathematical model. Mathematical Problems in Engineering, 2015, 1-18. http://dx.doi.org/10.1155/2015/182781.

Toledo, C. F. M., Oliveira, L., Pereira, R. F., França, P. M., & Morabito, R. (2014). A genetic algorithm/mathematical programming approach to solve a two-level soft drink production problem. Computers & Operations Research, 48, 40-52. http://dx.doi.org/10.1016/j.cor.2014.02.012.

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.

Trigeiro, W. W., Thomas, L. J., & McClain, J. O. (1989). Capacitated lot sizing with setup times. Management Science, 35(3), 353-366. http://dx.doi.org/10.1287/mnsc.35.3.353.
 

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