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Type: Tese de Doutorado
Title: Modelos e algoritmos para planejamento integrado na indústria da mineração
Authors: Bruno Santos Pimentel
First Advisor: Geraldo Robson Mateus
First Referee: Abílio Pereira de Lucena Filho
Second Referee: Mauricio Cardoso de Souza
Third Referee: Reinaldo Morabito Neto
metadata.dc.contributor.referee4: Alexandre Salles da Cunha
metadata.dc.contributor.referee5: Darcton Policarpo Damião
Abstract: Neste trabalho desenvolvemos modelos e algoritmos para problemas de planejamento integrado de produção e logística na indústria da mineração. A partir de uma ampla revisão bibliográfica, aborda-se o conceito de Cadeia Global de Suprimentos da Mineração e discutem-se os principais problemas de Pesquisa Operacional sob a ótica da integração de decisões de planejamento. Decisões estratégicas são contempladas em um modelo de programação estocástica multiestágio para planejamento de capacidade da Cadeia Global de Suprimentos da Mineração. O modelo integra decisões de localização de instalações e projeto de redes considerando as economias de escala inerentes aos investimentos em capacidade. Um primeiro estudo indica direções para o desenvolvimento de heurísticas e algoritmos específicos para o problema por meio de uma avaliação empírica de diferentes parâmetros do pacote CPLEX. Em um segundo estudo, uma Heurística Lagrangiana é proposta para determinar, para instâncias maiores, boas soluções viáveis para o problema em um tempo razoável quando comparado ao CPLEX. Adicionalmente, a habilidade de se determinar boas soluções viáveis nos momentos iniciais do processo computacional é tratada em uma abordagem de busca local com fixação flexível de variáveis. Tal algoritmo também é avaliado comparativamente aos demais procedimentos de solução discutidos no texto. Decisões táticas, por sua vez, são abordadas em um modelo matemático para planejamento tático de vendas e operações. O modelo possui características de dimensionamento de lotes em um ambiente de rede, mas apresenta fluxos necessariamente inteiros (capacidades de trens e navios, por exemplo), níveis discretos de produção em minas e usinas de beneficiamento, além do desbalanceamento causado por perdas de massa inerentes ao beneficiamento de minérios e ao transporte de cargas em granel.Um conjunto de heurísticas Relax&Fix é desenvolvido para tentar resolver instâncias de tamanhos realistas. As estratégias propostas são capazes de produzir resultados melhores que o CPLEX para a maioria das instâncias, em especial para aquelas com horizontes de planejamento mais longos. O algoritmo de busca local com fixação flexível de variáveis também é avaliado em relação à sua habilidade de produzir boas soluções viáveis logo no início do processo computacional. Decisões operacionais, por fim, são brevemente abordadas por meio de um modelo programação inteira por metas que aborda o problema de programação integrada de curto prazo de operações de lavra, beneficiamento, estocagem e despacho de produtos de minério de ferro em um complexo minerador. O conceito de Valor da Solução Integrada é proposto como forma de quantificar os ganhos obtidos por meio do investimento na solução de um problema integrado e (potencialmente) mais complexo.
Abstract: In this Thesis, we develop models and algorithms applied to integrated production and logistics problems in the mining industry. Based on an extensive literature review, we address the Global Mining Supply Chain concept and discuss the main related Operations Research problems under a integrated planning perspective. Strategic decisions are evaluated in a novel multistage stochastic integer programmingmodel to address the capacity planning problem in a Global Mining Supply Chain. The model integrates capacitated facility location and network design decisions with economies of scale on the capacity costs. We analyze the characteristics of the problem by means of an empirical study of different settings for the parameters of the CPLEX solver. Such analysis provides pointers to the development of specific algorithmsand solution approaches. We then develop a Lagrangian Heuristic as a means to determine, for large problem instances, good feasible solutions in a reasonable amount of time when compared to CPLEX. Furthermore, the ability of determining good feasible solutions in the early stages of the computation is addressed in a soft-fixing local search framework, which is evaluated against the other solution approaches discussed. Tactical decisions are tackled in a mixed-integer programming approach to the integrated sales and operations tactical planning problem in a Global Mining Supply Chain. The model has characteristics of a lot sizing problem in a network environment, but with challenging aspects related to integer flows, discrete production levels and mass losses in concentration and transportation processes. We develop a series of Relax&Fix strategies in order to address realistic sized problem instances. Those strategies are able to outperform CPLEX for most of the several problem instances considered, and with greater success in longer planning horizons. The soft-fixing local search is also evaluated for its ability of determining good feasible solutions in the early stages of the computation. Operational decisions are briefly discussed in a mixed-integer goal programming model to address the integrated short-term programming of iron ore open pits, processing plants, stockyards and shipping operations. We propose the concept of the Value of the Integrated Solution, which determines how valuable is solving a more complex integrated decision problem given the potential losses incurred when individual decisions are undertaken.
Subject: Computação
Indústria mineral
Sistemas Operacionais
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SLSS-8GYG6C
Issue Date: 18-Mar-2011
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