Planejamento e programação da produção em plantas multiproposito operando em batelada : proposta de uma estrategia de decomposição utilizando janelas de tempo

Resumo: O problema tratado é o planejamento e programação (scheduling) da produção em plantas operando em batelada. Considera-se a situação em que são produzidos diversos produtos finais (planta multiproduto) através de vários estágios de produção (operações), e os processadores são multipropósito, podendo ser utilizados por diversas operações. O objetivo é o estudo de problemas da indústria de processos e, para tanto, são consideradas as restrições de armazenagem típicas desta área. O problema considerado é o chamado de curto prazo, no qual o objetivo do planejamento e scheduling da produção é o atendimento de demandas específicas de produtos finais em termos de quantidades e prazos de entrega. A abordagem proposta é de dois níveis. O nível de planejamento utiliza como dados de entrada a demanda de produtos finais, a disponibilidade de matérias primas e a atribuição de operações a processadores. Através de procedimentos de explosão, determinase a quantidade de bateladas de cada operação que serão produzidas e a janela de tempo onde deverá ocorrer o processamento de cada batelada. Utilizam-se técnicas de propagação de restrições para analisar o carregamento induzido aos processadores e a factibilidade do plano de produção. O caráter interativo do sistema permite ao usuário modificar os dados de entrada para obter uma situação factível. O resultado do planejamento, na forma de janelas de tempo, é utilizado no scheduling para reduzir a dimensão do problema. Utilizam-se duas abordagens: uma abordagem de programação linear inteira mista (MILP) utilizando discretização uniforme do tempo e a técnica de simulated annealing. A formulação MILP utiliza intensivamente a informação dada pelas janelas de tempo, reduzindo a quantidade de variáveis binárias envolvidas e propõe-se uma formulação reduzida que explora as informações de carregamento dos processadores. O algoritmo de simulated annealing é acrescido de um processo de filtragem dos candidatos que elimina os candidatos infactíveis, dadas as restrições de ordenamento induzidas pelas janelas de tempoAbstract: The problem focused in this thesis is the short term planning and scheduling of multipurpose batch plants. This is an important problem in the process industry and, because of that, intermediate storage limitations are explicitly considered. The main objective is to fulfill specific demands of final products, distributed along the horizon. It is proposed a two level approach: planning and scheduling. Product' s demands, raw material availability plan and operation/equipment assignment are the inputs to the planning level. At this level an exploding procedure is performed in order to determine the number of batches of each operation as well as their processing time windows. Constraint propagation techniques are used to analyze the plant loading and the production plan feasibility. The interactive nature of the proposed approach allows the user to change input data in order to define a feasible scenario. At the end of the planning level, a set of operations' time windows is released to the scheduling level. Two approaches have been implemented to schedule the operations inside their time windows: a MILP approach based on a uniform time discretization and a simulated annealing approach. The information given by the time windows is intensively used in the MILP formulation, reducing the number of binary variables in the problem. It is also proposed a reduced MILP model exploiting plant loading information. The simulated annealing algorithm implemented also uses the time windows information to eliminate infeasible candidates through a filtering procedur