Modelagem matemática para planejamento operacional integrado das atividades de colheita, baldeio e transporte

Abstract

No primeiro capítulo deste estudo é apresentada uma abordagem geral do planejamento hierárquico, nos seus três níveis (estratégico, tático e operacional), destacando o estado da arte e a modelagem básica, com foco na função objetivo e nas restrições e premissas do manejo. O referencial teórico apresentado no capítulo 1 demostra que a modelagem matemática do problema de planejamento operacional até a condução deste estudo era incipiente, o contrário ocorrendo em relação ao planejamento estratégico. De forma similar que nos planos estratégicos, os modelos I, II e III podem ser utilizados para o sequenciamento mensal das atividades de colheita no ano. A estrutura desses modelos, permite considerar diferentes restrições operacionais em função das necessidades especificas de cada empresa, e integrar restrições dos níveis táticos e estratégicos aos modelos operacionais. No segundo capítulo é apresentada uma proposta de abordagem e modelagem matemática para o planejamento operacional integrado das atividades de colheita, baldeio e transporte de madeira. Um estudo de caso foi utilizado para demostrar o nível de detalhamento das informações utilizadas para aplicação da formulação proposta. A variável de decisão foi definida em função dos fatores que afetam as atividades de colheita e baldeio. Para a integração do sequenciamento das atividades no tempo foi utilizado a curva de secagem da madeira. Informações de custo e rendimentos das atividades foram obtidas da literatura. A rota de transporte e microplanejamento do baldeio foram obtidas por métodos de menor caminho. Para a resolução do modelo foi utilizada a programação inteira mista e métodos de particionamento do problema. O modelo matemático proposto permite compor as diferentes fases temporais e espaciais das atividades do fluxo de aquisição de madeira, de forma genérica, podendo, com simples modificações, se adequar a situações especificas das empresas florestais. A curva de secagem da madeira permitiu integrar o horizonte de planejamento das atividades de colheita, baldeio e transporte. A abordagem de modelagem proposta neste estudo permite a simulação de diferentes cenários de planejamento operacional da colheita, em nível mensal ou semanal, podendo ser estendida para o planejamento diário. Palavras-chave: Modelo Matemático, Otimização, Planejamento Hierárquico.

The first chapter of this study presents a general approach to hierarchical planning, at its three levels (strategic, tactical and operational), highlighting the state of the art and basic modeling, focusing on objective function and management constraints and assumptions. The theoretical framework presented in chapter 1 demonstrates that the mathematical modeling of the operational planning problem until the conduction of this study was incipient, the opposite occurring in relation to strategic planning. Similarly to strategic plans, models I, II and III can be used for monthly sequencing of harvesting activities in the year. The structure of these models allows to consider different operational constraints according to the specific needs of each company, and to integrate tactical and strategic constraints into the operational models. The second chapter presents a proposal for an approach and mathematical modeling for integrated operational planning of harvesting, extraction and timber transportation activities. A case study was used to demonstrate the level of detail of the information used to apply the proposed formulation. The decision variable was defined according to the factors that affect the harvesting and wood extraction activities. The wood drying curve was used to the integration of the activities sequencing over time. Cost and yield information from activities were obtained from the literature. The transport route and wood extraction direction were obtained by shortest path methods. Mixed integer programming methods with problem partitioning were used to model the resolution. The proposed mathematical model makes it possible to compose the different temporal and spatial phases of the wood procurement flow activities in a generic way and, with simple modifications, can be adapted to specific situations of the forestry companies. The modeling approach proposed in this study allows the simulation of different scenarios of operational planning, at monthly or weekly level, and can be extended to daily planning. Keywords: Mathematical Model, Optimization, Hierarchical Planning.