An optimization approach to the tactical production planning in a filling company

Abstract

No atual ambiente empresarial altamente competitivo, as empresas procuram melhorar a qualidade do produto, reduzir custos e atender às necessidades dos clientes. Sistemas eficazes de planea mento e controlo de produção desempenham, desta forma, um papel crucial no cumprimento destes objetivos e na melhoria do desempenho organizacional global. Ao recorrer a análises de dados e a métodos analíticos, as empresas otimizam o planeamento da produção, com especial ênfase no planeamento de médio prazo. Deste modo, é possível garantir uma utilização eficiente dos recursos, desde matérias--primas até à conversão das mesmas no produto final, ao mesmo tempo em que se atende às expectativas dos clientes quanto à entrega pontual. O planeamento da produção implica a tomada de decisão em diferentes níveis, exigindo a coordenação e a integração de diferentes funções organizacionais. Globalmente, a integração do planeamento da produção em vários níveis e funções é essencial para garantir a viabilidade dos planos e alinhá-los com os objetivos globais. O presente estudo foi realizado numa empresa do setor de enchimento com o propósito de abordar os problemas identificados no planeamento da produção a médio prazo. Foi desenvolvido um modelo de otimização baseado em programação inteira mista para gerar planos de produção semanais num horizonte de 17 semanas. O estudo considerou duas fábricas com múltiplas linhas de produção e uma ampla variedade de produtos. O objetivo primordial passou por alocar os recursos de produção de forma eficiente e manter uma capacidade de produção equilibrada, capaz de responder à procura. No entanto, o modelo desenvolvido introduz um avanço significativo neste domínio ao incorporar um fator crucial: a disponibilidade de matérias-primas. Este aspeto distingue-o das abordagens existentes, uma vez que aborda o processo de planeamento da produção a montante, tendo em conta fatores como as encomendas futuras e as potenciais compras de matérias-primas. Adicionalmente, a metodologia engloba a definição do conceito de safe quantity. Este conceito corresponde à determinação da quan tidade de cada ordem de produção que é seguro antecipar, tendo em conta a fiabilidade histórica do cliente, permitindo uma maior flexibilidade na produção e maior potencial de agregação de ordens. A implementação das metodologias desenvolvidas, permitiram alcançar melhorias em ambas as fábricas. Os resultados iniciais sugerem que os planos de produção desenvolvidos acarretam um aumento na quantidade total produzida, conduzindo a uma redução de 3.4% e 10.1% no custo de produção unitário associado à Fábrica 1 e Fábrica 2, respetivamente. Para além disso, os planos de produção impactaram diretamente a gestão de componentes, resultando numa redução do tempo de atraso médio das ordens de produção.

In today’s highly competitive business environment, companies strive to enhance product quality, re duce costs, and meet customer demands. Effective production planning and control systems play a crucial role in achieving these objectives and improving overall organizational performance. By adopting data analytics and analytical methods, companies optimize their production planning, with a special emphasis on the medium-term aspect. This ensures efficient resource utilization, from raw materials to final product conversion, while also meeting customer expectations for timely delivery. Production planning involves decision-making at different levels, requiring coordination and integration across or ganizational functions. Integration of production planning across levels and functions is vital for feasible plans aligned with overall objectives. The present study was conducted in a filling industry company to address the identified issues in production planning. A medium-term optimization approach was developed to generate weekly produc tion plans, considering a horizon of 17 weeks, using a mixed-integer programming formulation. The study considered two facilities with multiple production lines and a diverse range of products. The objective was to efficiently allocate production resources and ensure a balanced production capacity to meet demand. However, the developed model introduces a significant advancement in the field by incorporating a crucial factor: the consideration of raw materials availability. This unique aspect sets it apart from existing approaches as it addresses the upstream production planning process, accounting for factors such as future arrivals and potential purchases of raw materials. Additionally, the methodo logy encompasses the definition of the safe quantity concept. This concept consists in determining the quantity of each production order that can be safely anticipated, considering the historical customer’s reliability. This allows for greater production flexibility and elevates the potential for order aggregation. The implementation of the developed methodologies has led to improvements in both factories. Initial results suggest that the production plans developed result in an increase in the total quantity produced, leading to a reduction of 3.4% and 10.1% in the unitary production cost associated to Fac tory 1 and Factory 2, respectively. Moreover, the production plans directly impacted raw materials management, resulting in a reduction in the average delay time of production orders.