Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção, Florianópolis 2017. / Os produtos e serviços não apresentam valor até que eles literalmente estejam no lugar e no instante que os consumidores precisam. O conjunto de princípios e técnicas que busca garantir esses valores baseados no tempo e na localização é atribuído a definição de logística. Portanto, sempre que houver um processo incluem o planejamento, a implementação e o controle de fluxos de informações e de bens ou serviços entre origem ofertantes e destinos consumidores, então trata-se de um processo logístico. A base para este trabalho é o planejamento operacional, parte do processo logístico em uma cadeia de suprimentos. Uma Cadeia de Suprimento é um conjunto de estruturas e processos que uma ou várias organizações usam para atender a demanda de um grupo de clientes. Entre as várias formas de visualizá-la, pode-se descrevê-la através de uma rede ou grafo cujos nós são os elos da cadeia e os arcos as conexões entre eles. Entre o conjunto de processos da cadeia de suprimentos, a logística tem seu papel de destaque ampliado ao longo da evolução do seu conceito. Com isso, nas cadeias de suprimento, muitas vezes, a definição do processo logístico ultrapassa as barreiras de uma única organização. Assim surge a Gestão da Cadeia de Suprimentos, que é composta por todas as atividades envolvidas na integração da cadeia de suprimentos e na coordenação dos fluxos de materiais, os fluxos de informações e os fluxos financeiros. A integração da cadeia de suprimentos visa promover a vantagem competitiva à cadeia como um todo em detrimento de apenas um dos seus elos. Os desafios da gestão da cadeia de suprimentos surgem de problemas relacionados às mudanças no meio ambiente da cadeia, que normalmente contêm várias incertezas, especialmente as relacionadas a demanda e tempos dos processos. O planejamento, em todos os seus horizontes, constituiu uma ação básica para este processo de busca por melhoria da eficiência, a performance logística. Entre as etapas de planejamento, estratégico, tática e operacional, o Planejamento Operacional em logística é uma atividade que desempenha um papel importante na superação de problemas de curto prazo na gestão da cadeia. Um dos problemas nesta atividade é a estabilização das variáveis de estado, especialmente a variável nível de estoque. O problema de interesse da proposta deste trabalho de dissertação é a estabilização e otimização do nível de estoque contra a variação da demanda, de forma a buscar a maior redução possível do Efeito Chicote. Como consequência, este trabalho trata da ligação entre a teoria de controle e gestão da cadeia de suprimentos através de Modelos de Controle Preditivo. A motivação para apresentar um trabalho com essa abordagem surgiu a partir da leitura do trabalho Supply Chain Optimization via Distributed Model Predictive Control (Pannek 2014). Os benefícios de aplicar a metodologia de controle preditivo à problemas logísticos provêm do fato de que tal metodologia facilita o uso de vários tipos de modelos preditivos do sistema e, também, por ela utilizar valores atuais e passados do processo enquanto prevê o comportamento do sistema em um horizonte de planejamento. Usando essa capacidade de previsão, os modelos de controle preditivo minimizam uma função objetivo e calculam uma sequência de controles satisfazendo as restrições e o modelo do sistema. A metodologia de controle preditivo para um modelo discreto do sistema segue uma idéia simples: a cada instante de tempo, usando o estado atual do sistema como estado inicial da sequência, a ação de controle é obtida através da solução de um problema de controle ótimo em um horizonte finito de tempo. Com isso se obtém sequência finita de valores de controle e dela somente o primeiro elemento é aplicado ao sistema. A simplicidade e qualidade desta metodologia mostra-se pelo amplo uso que ela tem em processos industriais. Além disso, as referência bibliográficas indicam a prevalência dela no controle de sistemas complexos quando a solução dadas por equações de programação dinâmica são computacionalmente intratáveis em problemas com grande dimensionalidade. Mais ainda, os controles distribuídos preditivos podem viabilizar a solução de problemas ainda maiores, dos quais a sociedade depende fortemente, como redes de tráfego rodoviário, redes de água, redes eléctricas e redes de transporte intermodal. Aliado a adequabilidade de um framework para otimização dentro do planejamento operacional da logística de uma cadeia de suprimentos, o cenário atual da introdução da tecnologia da informação e comunicação como soluções à logística motiva ainda mais este tipo de estudo, o qual tem forte tendência a se desdobrar como ferramenta para solução em tempo real às fortes mudanças das premissas usadas para o planejamento operacional. De fato, as tecnologias da informação tendem a facilitar a coleta de dados e a atuação remota, fazendo com que os dados estejam disponíveis online e em tempo real. Portanto, os aperfeiçoamentos dos modelos matemáticos e das metodologias que proporcionam apoio a tomada de decisão rápida são fundamentais. As Cadeias de Suprimento têm a propriedade de serem sistemas distribuídos que podem ou não ter uma gestão centralizada. Por isso, apesar deste trabalho destacar um modelo preditivo distribuído para a cadeia logística de três estágios, o modelo com o controle centralizado também foi descrito e implementado. Assim, além deste trabalho apresentar um modelo conceitual baseado em Controle Preditivo Distribuído para a Gestão da Cadeia de Suprimento, para efeitos de comparação do resultado, também apresenta um modelo com gestão centralizada. Por meio de experimentos desenvolvidos a partir da implementação dos modelos em Matlab, analisa-se algumas propriedades tais como estabilidade dos procedimentos, a influência do horizonte de planejamento no controle preditivo e o comportamento do Efeito-Chicote quando há variações da demanda final. Como ferramenta de apoio a tomada de decisão, a abordagem apresentada busca dar maior entendimento da dinâmica do sistema, que se torna necessário aos gestores que participam de algum elo da cadeia e precisam considerar a dinâmica das rápidas mudanças da demanda. No contexto de uso desta abordagem em um cenário real deve-se considerar possíveis restrições de acesso a informação entre elos da cadeia de suprimentos. Além disso, pelo problema em questão possuir o fator humano da tomada de decisão pelos gestores do processo logístico a aplicação das variáveis de controle não acontece como acontece nos processos industriais, em que a ação é executada instantaneamente. Todas essas questões teóricas ou experimentais são tratadas ao longo da dissertação. O primeiro capítulo apresenta detalhadamente o problema de interesse que gerou os desenvolvimentos realizados nesta dissertação. Além de tratar o contexto do estudo, esse capítulo destaca os objetivos, as contribuições e as delimitações do trabalho. O segundo capítulo contém toda a revisão de literatura estruturada, assim como a metodologia utilizada para reunir as bibliografias e as expor de forma organizada. Portanto, esse capítulo é dedicado exposição das referências bibliográficas foi organizado em quatro seções, a para descrever a metodologia, duas para apresentar o entendimento dos conteúdos básicos do tema de pesquisa e uma para apresentar o estado da arte do assunto específico do trabalho. No terceiro capítulo é feita toda a descrição e dedução do modelo de controle preditivo formulado para o planejamento operacional da cadeia de suprimentos com três elos. Como são apresentados o modelo de gestores distribuídos e com gestor centralizado, cada um deles possui sua própria seção. Ademais as duas seções, a terceira seção apresenta uma breve visão sobre as restrições sobre usos práticos dos modelos. O quarto capítulo apresenta o resultado dos experimentos realizados em Matlab. Esse capítulo contém uma seção para análise dos resultados do modelo distribuído e outra para uma análise comparativa dele com o modelo centralizado. As conclusões são apresentadas no quinta capítulo assim com as observações sobre pesquisas que podem surgir como sequência ao que foi desenvolvido nesta dissertação. Por fim, os códigos produzidos na implementação dos modelos estão presentes após a lista das referências bibliográficas que foram citadas em todo o texto. / Abstract : A Supply Chain is a set of structures and processes an organization uses to deliver an output to group of customers. Among this set of processes, the subset, defined as the logistics, is dedicated to providing values to customers making products or services available to them at the appropriate location and time. The more quickly and completely the demand can be met, the better the logistics process performance. Broadening the concept of logistic, the Supply Chain Management encompasses all activities involved in integrating a Supply Chain and coordinating materials, information and financial flows in order to fulfill the ultimate customer demands. This integration functionality aims to improve the competitive advantage of the Supply Chain as a whole. The challenges in Supply Chain Management arise from problems related to changes in the Supply Chain environment, which normally contain some degree of uncertainty. The Planning is the first action to evolve this process forward improving efficiency. This way, the Operational Planning plays a great role in overcoming Supply Chain Management short-time problems. A problem in this step is stabilization of states variables, especially the stock level. The problem of interest is the implementation of a controller for a set of dynamically coupled linear subsystems called Three-Stage Supply Chain. Hence, the main purpose of this work is optimization and stabilization of stocks levels against demand variation considering this entire Supply Chain with a model predictive controller formulation. The Model Predictive Control is one of the techniques which can be applied to systems adaptation. Its advantages are particularly the benefits relating the use of a system model, and both current and historical measurements of the process to predict the systems behaviour for a planning horizon. Using this prediction ability, it minimizes an objective function and calculates a control sequence satisfying the constraints of the system. The Supply Chain (SC) has the property to be a distributed system, which can have centralized or even distributed managers. Therefore, this work presents a Distributed Model Predictive Control procedure to stabilize the stocks levels considering the distributed view of the SC, and also a centralized Model Predictive Control for the purpose of comparability. Furthermore, it presents the results from a computational analysis of the application of both models.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsc.br:123456789/190880 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Pinheiro, Éder Vasco |
| Contributors | Universidade Federal de Santa Catarina, Frazzon, Enzo Morosini |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 122 p.| il., gráfs., tabs. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSC, instname:Universidade Federal de Santa Catarina, instacron:UFSC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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