Abordagem do problema de cutting stock na indústria florestal

Abstract

Em diferentes países a indústria da floresta é considerada um setor estratégico que contribui fortemente na geração de matéria-prima, tributos, geração de empregos e produtos para exportação. Neste setor industrial, o segmento de madeira serrada destaca-se pelos volumes de atividade econômica que movimenta e sua ligação com outros setores econômicos como a construção civil ou a indústria de móveis. A partir da crise econômica dos anos 2008-2009, que atingiu fortemente o mercado de exportação, as empresas de serrado da madeira desses países estão envolvidas em ser mais eficientes no processo de corte da matéria-prima. Estas empresas enfrentam o problema de cortar peças de madeira retangulares regulares, de clientes do mercado interno ou externo, a partir de estoque de toras. A complexidade deste problema que precisa atenção é que o corte na matéria-prima é sobre uma superfície de característica circular utilizando o padrão de corte" Cant Sawing". Este padrão especifica as peças laterais e centrais para o corte desde a superficie de uma tora de madeira. A presente tese apresenta uma formulação matemática para o problema. Dois diferentes métodos de solução foram desenvolvidos para resolução do problema. O primeiro está baseado no método de programação linear inteira, e o segundo em um método de aproximação, que usa a metaheurística "Simulated Annealing". Estes métodos de solução são executados por etapas. Primeiro os padrões de corte são determinados considerando o estoque de matéria-prima e as demandas dos clientes. Na segunda etapa, o processo de otimização é executado para estabelecer os padrões de corte adequados para cada tipo de matéria-prima, os quais deveriam ser utilizados na linha de produção, com o objetivo de diminuir as perdas de madeira no processo de serrado dos produtos retangulares a partir das toras. Os resultados conseguidos mediante os métodos foram comparados com dados reais, com o objetivo de incrementar a eficiência visando diminuir os custos operativos do processo. Dados reais de uma serraria do Rio Grande do Sul foram utilizados para validar o modelo, e em valor diminuiu as perdas em 6, 2%, em comparação com o método manual utilizado pela empresa.

In severa! countries the forest industry is considered as a strategic economic sector, which strongly contributes for raw material production, collection of taxes, and for increases on job generation and on the manufacture of products for export. In this industry sector, the sawn timber segment stood out due to its volumes of economic activity as well as dueto its relationships with certain sectors, as construction or furniture industries. Since the 2008-2009 global financiai crisis, which has strongly struck the export markets, the sawmills have been involved into a search of higher leveis of efficiency on the process of sawing the raw material. These companies face the problem of regular sawing rectangular pieces of wood, from their stocks of wood logs for different clients of their respective domestic and export markets. The complexity of this problem, is based on the fact that the cutting process on the raw material is made from a circular surface, using the "Cant Sawing" pattern. This pattern defines the lateral and central pieces for cutting from the surface of wood log.The present thesis describes a mathematical formulation for such a problem. Two different solution methods were developed to solve this problem. The first one is based an integer programming based-method, and the second one is an approximation method, which uses the simulated annealing metaheuristic. This solution method is run in stages. First, the sawing patterns are to be determined, considering the available stock of raw material as well as the customer demands. On the second stage, the optimization process is developed in order to achieve the most adequate sawing patterns to each kind of raw material, which are to be used in the production line, with the goal of reducing the losses of wood along the process of sawing the final products. The attained results by using the developed methods were tested with real data, and present values, aiming at increasing the efficiency on reducing the process operational costs process. Real data for a sawmill in Rio Grande do Sul, Brasil were used to validate model, and in value, reduces 6, 2% the losses when compareci with the manual method used by the company.