Problema da programação da produção de bebidas à base de frutas: modelos de otimização e métodos heurísticos
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Data de Publicação: | 2017 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10239 |
Resumo: | 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. |
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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.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Produção - PPGEPUFSCarProgramação da produçãoDimensionamento e sequenciamento de lotesBebidas à base de frutasLimpezas temporaisProgramação inteira mistaHeurísticas baseadas em modeloHeurísticas de decomposiçãoHeurísticas relax-and-fixHeurísticas fix-and-optimizeFix-and-optimize com busca em vizinhançaENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::PESQUISA OPERACIONALProblema da programação da produção de bebidas à base de frutas: modelos de otimização e métodos heurísticosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisOnlineab73fe2d-ae49-4b7d-915b-b256b3c2d946info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81957https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10239/4/license.txtae0398b6f8b235e40ad82cba6c50031dMD54ORIGINALMARTINS_Alyne_2018.pdfMARTINS_Alyne_2018.pdfapplication/pdf4462584https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10239/5/MARTINS_Alyne_2018.pdfd0a2aa680c9b362f6e0ae64b61619f52MD55TEXTMARTINS_Alyne_2018.pdf.txtMARTINS_Alyne_2018.pdf.txtExtracted texttext/plain599356https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10239/6/MARTINS_Alyne_2018.pdf.txt55a16edc860f05da4ffbe0fb5c2ac489MD56THUMBNAILMARTINS_Alyne_2018.pdf.jpgMARTINS_Alyne_2018.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg5791https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10239/7/MARTINS_Alyne_2018.pdf.jpge240bc74dddd3453cf7759fdb30bda49MD57ufscar/102392023-09-18 18:31:15.669oai:repositorio.ufscar.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:31:15Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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