Como visto anteriormente, um dos objetivos deste estudo é o desenvolvimento de um modelo de planejamento agregado de safra de um grupo de usinas cooperadas, buscando maximizar a margem de contribuição do sistema e agregar robustez ao plano de safra em um ambiente de incerteza. Desta forma, o modelo desenvolvido deve auxiliar na determinação do mix de produção de toda a cooperativa, na alocação de metas de produção para as usinas e na definição da política de estoque e de comercialização do sistema cooperado. Também deve auxiliar na definição da moagem semanal, dos prestadores de serviço de transporte de cana, dos processos produtivos industriais e da quantidade de energia elétrica exportada de cada usina.
Para atingir este objetivo, propõe-se uma extensão do modelo de seleção de processos e dimensionamento de lotes de produção – SPDL/PU2 (Anexo A), apresentado por Paiva (2006) e Paiva e Morabito (2007; 2008). A motivação para elaborar essa extensão é o fato da USC ser uma usina que faz parte da CRPAAA. Este fato faz com que as decisões de mix de produção e determinação da política de estoque de todas as usinas cooperadas, incluindo a USC, sejam tomadas pela CRPAAA. Desta forma, o modelo SPDL/PU2 representa, principalmente, a realidade de uma usina não cooperada (classe b, segundo a classificação da seção 2.3.1), e não de uma usina que faz parte de uma cooperativa (classe d). Sendo assim, pode-se utilizar o modelo SPDL/PU2 para simular, por exemplo, a situação hipotética da USC fora da CRPAAA. Entretanto, para considerar com realismo a situação atual da empresa, é necessário estender o modelo em questão.
O modelo proposto nessa tese para tratar o planejamento de safra da USC e da CRPAAA pode ser caracterizado como modelo hierárquico de dois níveis. No primeiro nível (planejamento da CRPAAA para o ano safra) têm-se um modelo de PL, multiproduto, dois estágios, dinâmico, capacitado, com horizonte de planejamento anual e agregação temporal mensal. No segundo nível (planejamento da USC para os meses de safra), tem-se um modelo de PIM monoestágio, multiprocesso (ou multiproduto), dinâmico e que combina decisões de dimensionamento e seqüenciamento de lotes, para o atendimento das metas do primeiro nível hierárquico. Além disso, no segundo nível, entende-se que o tempo de setup é de segunda ordem em relação ao período de análise e, desta forma, pode ser desconsiderado (vide
explicação no próximo parágrafo). Assim, adota-se uma visão tudo ou nada de produção em períodos de análise semanais.
Setup são todas as atividades necessárias para efetuar uma troca entre
processos de produção. Estas atividades podem ser um simples fechamento e/ou abertura de válvulas, podem ser a troca de um sistema de duas massas para um de três massas ou o início da operação de uma coluna de desidratação. De uma forma geral, estas atividades de preparação não apresentam tempos representativos dado o período de análise adotado. Além disso, sabe-se que as usinas de açúcar e álcool pretendem produzir durante 24 horas por dia e 7 dias por semana no período de safra; entretanto, podem ocorrer paradas para manutenção, paradas por chuva ou paradas por motivos imprevistos (p.ex., falta de cana devido a falhas na logística de transporte, problemas operacionais na indústria, entre outros). Sendo assim, o tempo de setup pode ser incluído no percentual de tempo aproveitado durante cada semana e desta forma ser retirado do modelo.
A consideração de produção tudo ou nada está baseada na necessidade de um período considerável de tempo para que o processo produtivo atinja índices de produtividade elevados; sendo assim, um grande número de trocas de processos durante um período menor que uma semana pode acarretar em perda de eficiência e, conseqüentemente, perda de rentabilidade da empresa. Portanto, utiliza-se um, e somente um, processo produtivo em cada semana.
Também é importante destacar que existe uma distinção entre o conceito de planejamento hierárquico adotado nesta tese e os clássicos modelos de planejamento hierárquico existentes na literatura de gestão da produção e pesquisa operacional (PO) (Hax e Candea, 1984). Para exemplificar essa distinção, considere os problemas de planejamento, dimensionamento e seqüenciamento da produção de uma fábrica. Os modelos hierárquicos clássicos são usualmente separados em três níveis de decisão, nível estratégico, nível tático e nível operacional.
No nível estratégico (planejamento), as decisões tomadas consideram as variáveis de longo prazo, adotando uma grande agregação dos produtos e flexibilizando as capacidades produtivas. No nível tático (dimensionamento), são definidos os lotes de produção considerando variáveis de médio prazo, em um modelo capacitado que considera uma agregação dos produtos em famílias e desconsidera os tempos e custos de setup de produção. No nível operacional (seqüenciamento) é definido o seqüenciamento da produção, em um modelo de curto prazo, capacitado, com considerações de setups e sem agregação de
produtos. Para mais detalh Candea (1984).
No modelo p de imposição de metas de p execute seu planejamento d receita líquida de comercia de estocagem/falta de todo o mix de produção de cada produção dos açúcares, dos é convertida em metas de p meses de safra, conforme i dos produtos nos armazéns usina e que o custo de entr despesa de comercialização
Figura 12. Fluxo
No caso das matéria-prima e a capacida metas estabelecidas pela c outras palavras, o model planejamento agregado, co períodos mensais e uma pe relacionados com os proces
lhes destes modelos, o leitor pode consultar, o proposto nesta tese, a hierarquia existente se produção da cooperativa para as usinas. A idé o de safra considerando a margem de contribu ialização dos produtos e os custos de produçã o o sistema cooperado (Figura 12). Desta form da unidade, a política de estocagem e de com os alcoóis e dos melaços. Esta primeira etapa d e produção de cada produto, para cada uma da e ilustrado na Figura 12. Vale ressaltar que, o
ns da CRPAAA estão incorporados no custo ntrega dos produtos para os clientes, caso exis
ão e, portanto, descontado do valor bruto de ve
xo de material do primeiro nível de decisão do mode
as usinas, analisa-se a capacidade de produção idade de caixa de forma mais desagregada, p cooperativa com a melhor margem de contr elo proposto possui um primeiro nível ( com horizonte de planejamento de um ano pequena agregação em famílias de produtos p
essos produção. É importante salientar que, es
ar, por exemplo, Hax e se estabelece na relação déia é que a cooperativa buição existente entre a ção de todas as usinas e rma, pretende-se definir mercialização de toda a do processo de decisão das usinas em todos os , os custos para entrega to de produção de cada ista, é considerado uma venda dos produtos.
delo PASUC
ão, a disponibilidade de procurando atender às ntribuição possível. Em (mais estratégico) de ano safra, dividido em para alguns parâmetros esta agregação proposta
não se reflete nas metas de produção repassadas para o segundo nível de planejamento. A Figura 13 ilustra o fluxo de decisão do primeiro nível do modelo desta tese.
Figura 13. Fluxograma de correlacionamento entre os dois níveis do planejamento hierárquico
No segundo nível (tático) do modelo de planejamento agregado, o horizonte passa a ser o período de safra ou um subperíodo deste, dividido em períodos semanais, e existe uma menor agregação com relação ao nível de análise dos processos produtivos da empresa. Neste nível, o modelo deve selecionar os processos que devem ser utilizados em cada semana de safra e definir o ritmo de moagem considerando questões agronômicas, questões relativas à capacidade de CCT e questões industriais, de forma que a melhor margem de contribuição seja alcançada pela usina. Neste segundo nível de decisão não há agregação de produtos.
Outra consideração que merece destaque é a incorporação da geração e da comercialização de energia elétrica no processo decisório do segundo nível do modelo hierárquico PASUC/N2 (seção 4.3). Fato que se justifica pelos crescentes níveis de investimento em energia limpa, como destacado na seção 2.1, assim como, pela necessidade de uma melhor representação do funcionamento da indústria, onde o balanço de energia e de vapor são pontos decisivos para a boa operação da planta industrial. Este ponto já havia sido
Maximização da margem de contribuição da usina Eficiências Custos Demanda Preços Mix de produção Metas de produção Política de estoque Política venda Maximização da margem de contribuição da cooperativa Receita repassada
Dados etapa CCT Dados ger. energia Seleção processos
Política moagem
Nível 2 - Planejamento agregado de safra de uma usina cooperada (PASUC/N2) Dados etapa agríc. Dados etapa ind. Capacidades
Matéria-prima
Nível 1 - Planejamento agregado de safra para o sistema cooperado (PASUC/N1)
levantado por Paiva (20 conveniência, o modelo SPD
A modelage (balanço de vapor), incorp direto) nas etapas de prepa moenda), na alimentação d geradores) e rebaixamento processo também é conside (vapor de baixa pressão) centrifugação e a secagem produção do álcool. De for de energia elétrica incorpor de água e material em p centrifugação do açúcar, m esteiras de bagaço, exausto exemplo, iluminação, refrig
Figura 14. Fluxogra
O vapor de p em diferentes quantidades p produção selecionado). Po
2006) como importante extensão do mod PDL/PU2 está apresentado no Anexo A. gem adotada no presente estudo considera rporando restrições de consumo de vapor d eparo de cana (navalhas e desfibradores), na de águas de caldeira (turbo bombas), na gera to de vapor de alta pressão para vapor de pro iderado na modelagem, definindo necessidade
) para o aquecimento do caldo, a evaporaç m do açúcar, além do vapor utilizado na de orma similar ao que está descrito para o balan
ora as necessidades de utilização de energia p processo, para motores elétricos de vários movimentação de mesas alimentadoras de ca stores), além do consumo de energia elétrica rigeração).
rama do processo de produção de açúcar, álcool e en
e processo e a energia elétrica consumida pela s para cada configuração de mix de produção (
or outro lado, o consumo de vapor direto a
odelo SPDL/PU2. Por era o balanço térmico de alta pressão (vapor a moagem (turbinas da ração de energia (turbo processo. Este vapor de des de vapor de escape ação, a cristalização, a destilação do vinho na anço térmico, o balanço para os bombeamentos os usos (por exemplo, cana, movimentação de a para outros usos (por
energia elétrica
la fábrica são requeridos o (para cada processo de apresenta variação em
função da moagem de cana. Desta forma, a modelagem da interrelação entre a moagem, os processos de produção de açúcar, álcool e melaço, com a produção de vapor e a cogeração de energia é parte importante da modelagem para uma melhor representação do funcionamento da indústria. A Figura 14 ilustra de forma simplificada a interrelação entre o processo de produção de açúcar, álcool e energia elétrica de uma unidade produtora. Neste ponto, é importante destacar que o custo variável da energia elétrica é considerado nulo para a modelagem apresentada na seção 4.2, ou seja, todos os custos envolvidos são fixos em função da quantidade de energia cogerada. Desta forma, o consumo de biomassa (bagaço) é única variação significativa para a obtenção da receita marginal com a energia elétrica.
Uma vez delineados os principais itens da análise, a formulação matemática do modelo pode ser desenvolvida e posteriormente validada. Nas próximas seções, apresenta-se toda a estrutura do modelo de Planejamento Agregado de Safra em Usinas Cooperados do setor sucroenergético (PASUC). Iniciando pelo primeiro nível do planejamento hierárquico, que trata do planejamento agregado de safra da cooperativa (PASUC/N1), seção 4.2. Na seqüência, expõe-se o modelo de planejamento de safra da usina incorporando a cogeração de energia (PASUC/N2), seção 4.3 e, por fim, a geração de parâmetros do modelo de planejamento de safra da usina (seção 4.4).