Avaliação de desempenho da heurística busca local dirigida na minimização de setup em empresa do segmento de plástico flexível

Abstract

O cenário atual de competição globalizada exerce uma pressão contínua sobre as indústrias brasileiras para se tornarem mais competitivas. A melhoria da gestão das operações se apresenta como uma importante alternativa para este ganho de competitividade. Melhores práticas na etapa de programação da produção é um exemplo, principalmente em cenários produtivos onde há elevados tempos de preparação de máquinas (setups), os quais podem acarretar perda significativa de faturamento e de insumos. A etapa de extrusão nas indústrias de plástico flexível é um típico exemplo. Neste tipo de cenário, a utilização de algoritmos especialistas para a minimização dos tempos de setups de maneira isolada tem baixa aplicação prática, dada a complexidade matemática deste tipo de cenário. Como alternativa, empresas do segmento têm utilizado softwares do conceito Advanced Planning and Scheduling (APS) para obter resultados satisfatórios, com um baixo custo computacional. Entretanto, o surgimento de um subproblema do tipo 1 | S_jk | C_max durante o sequenciamento da etapa mencionada gera a oportunidade de utilização de heurísticas especialistas para a obtenção de resultados mais expressivos relacionados aos setups, pois tal problema é um contexto específico do Problema do Caixeiro Viajante (PCV), para o qual há uma grande gama de heurísticas que resolvem o problema com boa qualidade e baixo custo computacional. O objetivo deste trabalho é realizar uma análise de desempenho da heurística Busca Local Dirigida – BLD (Guided Local Search) na resolução de tal problema, utilizando dados reais de uma indústria do segmento, a qual atualmente faz uso da ferramenta Preactor. Neste estudo, a ferramenta de construção de rotas SCR9 foi utilizada como forma de aplicação da BLD. Foi realizado um procedimento de comparação de custos de setup e computacionais envolvendo a geração de 30 cenários, resultantes do sequenciamento de tais cenários no Preactor e no SCR9. Em nenhum cenário o Preactor apresentou melhores resultados, apenas empatando no melhor dos casos. Em mais da metade dos cenários, o SCR9 foi melhor. Em alguns casos, as diferenças foram significativas, chegando a quase 20% de redução de setup. Tais resultados indicam o potencial de utilização híbrida entre heurísticas especialistas, como as voltadas para o problema de PCV, e as utilizadas nos softwares de mercado, como no Preactor. Apesar do objeto de estudo ser específico, tal aplicação é apresentada como relevante para diferentes cenários produtivos. Parcerias entre universidades e empresas privadas podem acelerar a disseminação e aplicação prática do conhecimento acadêmico na resolução de problemas reais das indústrias brasileiras, conferindo assim maior capacidade de competição para estas frente ao mercado global.

The current scenario of globalized competition exerts continuous pressure on Brazilian industries to become more competitive. The improvement of operations management is an important alternative for achieving it. Best practices in scheduling is an example, especially in manufaturing scenarios where there are long machine preparation times (setups), which can lead to an implicit loss of revenue and also of inputs. The flexible plastics industries’ extrusion process is a typical example. In this type of scenario, the use of specialized algorithms to minimize setup times is not practical, given the mathematical complexity of this type of scenario. As an alternative, companies in the segment have been using Advanced Planning and Programming (APS) software to obtain satisfactory results, with a low computational cost. However, the emergence of a sub-problem of the type 1 | S_jk | C_max during the sequencing of the mentioned step generates the opportunity to use specialist heuristics to obtain more expressive setup results, as this problem is a specific context of the Traveling Salesman Problem (f), for which there is a wide range of heuristics that solve the problem with good quality and low computational cost. The objective of this work is to carry out a performance analysis of the Guided Local Search - GLS heuristic in solving such problem, using real data from an industry of the segment, which currently uses Preactor for this purpose. The SCR9 tool was used as a way to apply GLS. A comparison procedure involving the generation of 30 scenarios was performed, where the total setup and computational costs were compared, resulting from the sequencing of such scenarios in Preactor and SCR9. In no scenario did Preactor show better results, only tying in the best case. In more than half of the scenarios, SCR9 was better. In some cases, the differences were significant, reaching almost 20% in setup reduction. These results indicate the potential for hybrid use between specialist heuristics, such as those aimed at the PCV problem, and those used in market software, such as in Preactor. Although the object of study is specific, such application is presented as relevant for different manufacturing scenarios. Partnerships between universities and private companies can accelerate the dissemination and practical application of academic knowledge in solving real problems in Brazilian industries, thus providing them with greater capacity for competition in the global market.