estudo de caso para uma marcen

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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO RAFAEL DIOGO VASCONCELLOS MORAIS UTILIZAÇÃO DE UM ALGORITMO COM REPRESENTAÇÃO GRÁFICA PARA O PROBLEMA DE CORTE BIDIMENSIONAL: ESTUDO DE CASO PARA UMA MARCENARIA SÃO CARLOS - SP MAIO - 2011

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Page 1: estudo de caso para uma marcen

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

ESPECIALIZAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

RAFAEL DIOGO VASCONCELLOS MORAIS

UTILIZAÇÃO DE UM ALGORITMO COM REPRESENTAÇÃO

GRÁFICA PARA O PROBLEMA DE CORTE BIDIMENSIONAL:

ESTUDO DE CASO PARA UMA MARCENARIA

SÃO CARLOS - SP

MAIO - 2011

Page 2: estudo de caso para uma marcen

RAFAEL DIOGO VASCONCELLOS MORAIS

UTILIZAÇÃO DE UM ALGORITMO COM REPRESENTAÇÃO

GRÁFICA PARA O PROBLRMA DE CORTE BIDIMENSIONAL:

ESTUDO DE CASO PARA UMA MARCENARIA

Trabalho de Pós-Graduação apresentado ao

Conselho de Curso de Especialização em

Engenharia de Produção da Faculdade do Campus

de São Carlos, Universidade de São Paulo, como

parte dos requisitos para obtenção do diploma de

Especialização em Engenharia de Produção.

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Seido Nagano

SÃO CARLOS - SP

MAIO - 2011

Page 3: estudo de caso para uma marcen

AGRADECIMENTOS

A Deus pela minha vida.

A minha família, pelo exemplo de vida, amor, incentivo e educação durante todos

esses anos.

Ao professor orientador Dr. Marcelo Seido Nagano pela orientação.

Aos amigos Rafael M. Vichietti e Alexandre J. Duarte de Souza pela dedicação,

paciência e ajuda com a programação.

A marcenaria Aires de Oliveira pela atenção e interesse em contribuir com este

estudo de caso, bem como aos demais que direta ou indiretamente contribuíram para a

realização deste trabalho.

Aos amigos Marcos Cesar, Fred, Flávio, Milton, Naty e Jairo, assim como os

demais amigos da república e afiliados. Muito obrigado pelos momentos de convivência,

aprendizado e diversão.

Aos amigos do curso de Especialização em Engenharia de Produção.

E a todos meus amigos e colegas pela amizade, convívio, companheirismo e

momentos de descontração.

Page 4: estudo de caso para uma marcen

RESUMO

MORAIS, R. D. V. (2011). Utilização de um algoritmo com representação gráfica para o

problrma de corte bidimensional: estudo de caso para uma marcenaria. Trabalho de

conclusão de curso, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.

Neste trabalho é realizado um estudo do problema de corte de estoque bidimensional em uma

marcenaria de pequeno porte. Em empresas com características semelhantes, o desafio de

otimizar o plano de corte é constante, na busca de melhores soluções em termos de custo,

aproveitamento de material e redução do tempo. Para a resolução do problema foram

utilizados dois modelos baseados na heurística First Fit Decreasing Height (FFDH), cujas

soluções são representadas graficamente. Além disso, são apresentados resultados dos testes

computacionais obtidos com base nos dados reais da marcenaria estudada.

Palavras-chave: Pesquisa Operacional. Otimização do plano de corte. Algoritmo FFDH.

Page 5: estudo de caso para uma marcen

ABSTRACT

MORAIS, R. D. V. (2011). Utilização de um algoritmo com representação gráfica para o

problrma de corte bidimensional: estudo de caso para uma marcenaria. Trabalho de

conclusão de curso, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo.

In this work is performed a case study about the bi-dimensional cut stock problem in a small

furniture industry. In the companies with similar characteristics, it‟s often the challenge of

optimizing the cutting plane, looking for better solutions in cost terms, material utilization and

time reduction. To help this problem was used two models based on the First Fit Decreasing

Height (FFDH) heuristic, whose solutions are represented graphically. Furthermore, are

present results about the computational tests based on data obtained from real small furniture

industry.

Keywords: Operational research. Optimization of the cutting plane. Algorithm FFHD.

Page 6: estudo de caso para uma marcen

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 8

2. OBJETIVO .......................................................................................................................................... 9

2.1. Justificativa .................................................................................................................................. 9

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .......................................................................................................... 11

3.1. Pesquisa Operacional ................................................................................................................. 11 3.1.1. Origem da Pesquisa Operacional ........................................................................................ 11

3.1.2. Fases do estudo de Pesquisa Operacional ........................................................................... 12

3.1.3. Algumas aplicações da Pesquisa Operacional ..................................................................... 14

3.2. Problema de Corte ...................................................................................................................... 15 3.2.1. Classificação ....................................................................................................................... 18

3.2.2. Tipos de padrões de corte .................................................................................................... 22

3.2.3. Redução de padrões de corte ............................................................................................... 27

3.3. Indústria Moveleira .................................................................................................................... 29 3.3.1. Painéis de Madeira Reconstituída ....................................................................................... 31

3.3.2. Classificação dos painéis à base de madeira ....................................................................... 33

4. DESENVOLVIMENTO ................................................................................................................... 35

4.1. Características da Marcenaria .................................................................................................... 35

4.2. Definição do problema ............................................................................................................... 37

4.3. Seleção do algoritmo de aproximação........................................................................................ 37

4.4. Formulação do modelo ............................................................................................................... 38

4.5. Programação do modelo ............................................................................................................. 40 4.5.1. Atribuição dos dados ........................................................................................................... 41

4.5.2. Rotação dos itens ................................................................................................................. 42

4.5.3. Ordenação dos itens em ordem decrescente de largura ....................................................... 43

4.5.4. Criação de faixas ................................................................................................................. 44

4.5.5. Alocação dos itens na faixa ................................................................................................. 45

4.5.6. Alocação dos itens no objeto ............................................................................................... 45

4.5.7. Criação de um novo objeto .................................................................................................. 46

4.6. Tipos de modelo ......................................................................................................................... 46

4.7. Determinação dos rendimentos e posicionamento dos itens ...................................................... 47

5. RESULTADOS ................................................................................................................................. 50

5.1. Dados da marcenaria .................................................................................................................. 51

5.2. Dados gerados pelo Software ..................................................................................................... 53

5.3. Simulação de dados para o programa ......................................................................................... 59

Page 7: estudo de caso para uma marcen

6. CONCLUSÃO .................................................................................................................................. 68

7. REREFÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 69

Page 8: estudo de caso para uma marcen

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Exemplo de padrão de corte unidimensional. ................................................................................ 19

Figura 2: Exemplo de padrão de corte bidimensional. .................................................................................. 20

Figura 3: Exemplo do padrão de corte tridimensional. ................................................................................. 21

Figura 4: Exemplo do padrão de corte 1,5-dimensional. .............................................................................. 22

Figura 5: Exemplo do padrão de corte guilhotinado e não-guilhotinado. ....................................................... 23

Figura 6: Exemplo de padrão de corte guilhotinado de três estágios. ............................................................. 24

Figura 7: Padrão de corte tabuleiro ou 1-grupo. .......................................................................................... 24

Figura 8: Exemplo de corte não exato com a presença de rebarbas................................................................ 25

Figura 9: Exemplos de padrões de corte com orientação fixa e rotação dos itens. ........................................... 26

Figura 10: Padrões de corte simétricos. ...................................................................................................... 27

Figura 11: Efeito de simetria. .................................................................................................................... 28

Figura 12: Efeito de Ordenação. ................................................................................................................ 28

Figura 13: Corte normal. ........................................................................................................................... 29

Figura 14: Brasil – Evolução comparada: VTI móveis, VTI madeira, VTI indústria de transformação. ............ 30

Figura 15: Elementos da madeira. .............................................................................................................. 32

Figura 16: Classificação dos painéis de madeira. ......................................................................................... 33

Figura 17: Etapas do processo produtivo da marcenaria. .............................................................................. 36

Figura 18: Exemplo de um padrão de corte com o algoritmo FFDH. ............................................................. 38

Figura 19: dados do modelo. ..................................................................................................................... 39

Figura 20: Interface do programa. .............................................................................................................. 42

Figura 21: Tabela de rendimentos resultante do padrão de corte selecionado. ................................................ 48

Figura 22: Posicionamento dos itens e posicionamento de corte dos itens...................................................... 49

Figura 23: Padrão de corte desenvolvido pela marcenaria. ........................................................................... 51

Figura 24: Janela de seleção do modelo de padrão de corte. ......................................................................... 53

Figura 25: Padrão de corte gerado pelo programa. ....................................................................................... 54

Figura 26: Padrão de corte com troca das dimensões do painel. .................................................................... 56

Figura 27: Dados do posicionamento dos itens no painel. ............................................................................ 58

Figura 28: Padrões de corte do armário seis portas. ..................................................................................... 61

Figura 29: Posicionamento dos itens de 25mm de espessura para padrões de corte sem rotação. ..................... 63

Figura 30: Plano de corte com rotação dos itens. ......................................................................................... 64

Figura 31: Padrões de corte com rotação e troca das dimensões. ................................................................... 66

Page 9: estudo de caso para uma marcen

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Consumo mundial de painéis (em mil m³). ................................................................................... 34

Tabela 2: Dimensões do armário. .............................................................................................................. 50

Tabela 3: Rendimentos do padrão de corte manual. ..................................................................................... 52

Tabela 4: Rendimentos obtidos pelo programa. ........................................................................................... 55

Tabela 5: Rendimentos do novo padrão de corte. ........................................................................................ 57

Tabela 6: Comparação entre os padrões de corte. ........................................................................................ 57

Tabela 7: Simulação das dimensões dos itens. ............................................................................................ 59

Tabela 8: Rendimentos do armário para a simulação sem rotação. ................................................................ 62

Tabela 9: Rendimentos do plano de corte com rotação................................................................................. 65

Tabela 10: Rendimento do plano de corte com a rotação dos itens e troca das dimensões. .............................. 67

Tabela 11: Comparativo entre os rendimentos dos padrões de corte do armário seis portas. ............................ 67

Page 10: estudo de caso para uma marcen

8

1. INTRODUÇÃO

Impulsionado pela crescente globalização, o cenário mundial é caracterizado pela busca da

competitividade na qual empresas de todos os setores procuram meios de administração mais

eficientes, aliados a novas tecnologias e ofertas de produtos que atendam aos requisitos dos

clientes. A adequação desses requisitos muitas vezes exige respostas rápidas, principalmente

para empresas que fazem produtos sob encomenda, que é o caso de marcenarias que

produzem móveis planejados, onde o processo de tomada de decisão requer agilidade, seja

relacionado à transação de um negócio, logística ou processo produtivo.

Centralizando a atenção na otimização do processo produtivo, a tomada de decisão está

interligada com atividades de seqüenciamento de processos de produção, terceirização de

serviços, movimentação de produtos, alocação de recursos e, como foco do trabalho,

estratégia de corte da matéria-prima. A escolha de uma solução “ótima” para um problema

específico envolvendo recursos financeiros resulta na redução de custos operacionais,

proporcionando um ganho potencial na competitividade, embora em determinados problemas,

a redução de custos não seja a decisão mais viável.

A otimização provém da utilização de um método científico denominado Pesquisa

Operacional, capaz de solucionar problemas de grande complexidade, auxiliando no processo

de tomada de decisão.

Os problemas de corte de estoque são encontrados por diversas indústrias, independente do

seu porte e segmento, o que despertou interesse de inúmeros pesquisadores em desenvolver

soluções práticas para a resolução do problema. De forma geral, o problema consiste em

cortar peças maiores (objetos), disponíveis em estoque, a fim de obter peças menores (itens),

de acordo com as dimensões solicitadas, na qual o objetivo é a otimização da dos custos

produtivos, minimização dos desperdícios, etc.

O setor moveleiro nacional se caracteriza pelo predomínio de empresas de pequeno e médio

porte, possuindo poucas empresas de grande porte, de modo que a matéria-prima

predominante no processo de fabricação de móveis é a madeira e seus derivados, como o

painel MDF (Medium Density Fiberboard), em crescente expansão das indústrias moveleiras.

Page 11: estudo de caso para uma marcen

9

Em comum, essas empresas enfrentam dificuldades semelhantes, como no planejamento de

corte, problema o qual interfere diretamente no custo final do produto, pois está relacionado

com a perda de matéria-prima em função do padrão de corte selecionado.

Com embasamento no problema de corte de matéria-prima, a pesquisa operacional é uma

ferramenta essencial para resolução deste tipo de problema através da utilização de modelos

matemáticos capazes de orientar a estratégia de corte, como no caso de indústrias de móveis

planejados, onde cada produto requer um estudo de plano de corte devido à fabricação de

móveis sob medida.

2. OBJETIVO

O enfoque deste trabalho visa à geração de padrões de corte bidimensional através da

modelagem matemática.

O objetivo principal foi desenvolver um software para resolução do problema de corte

bidimensional a partir de uma heurística, baseado nas principais referências encontradas em

literatura sobre o assunto.

O objetivo específico deste trabalho é a comparação dos padrões de corte gerados pelo

software, com os padrões de corte desenvolvidos de forma manual em uma marcenaria de

pequeno porte localizada na cidade de Bauru, cujos produtos são fabricados sob medida e

produzidos a partir de painéis de MDF.

2.1. Justificativa

A otimização do plano de corte materiais tem sido centro de estudo de vários pesquisadores

devido a sua aplicação em diferentes indústrias resultando em ganhos econômicos,

principalmente na redução de perdas.

O MDF (Medium Density Fiberboard) é um produto derivado da madeira, confeccionado a

partir da prensagem de fibras de madeira e adesivo, apresentando características físico-

mecânicas e acabamentos que variam de acordo com o processo produtivo, resultando em um

produto de alto valor agregado, e com grande aplicação em indústrias moveleiras.

Visando a diminuição de custos na operação de corte e a minimização de perdas de matéria-

prima, principalmente pelo descarte de um produto que apresenta em sua composição adesivo

Page 12: estudo de caso para uma marcen

10

a base de formaldeído, podendo gerar impactos ambientais se descartado no meio ambiente, a

utilização de um algoritmo para otimizar o plano de corte de painéis de MDF tem por objetivo

obter o maior rendimento possível, além de reduzir o tempo de estudo do plano de corte, em

função das tecnologias disponíveis para a elaboração de modelos matemáticos através da

programação.

Page 13: estudo de caso para uma marcen

11

3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A seguir é apresentada uma breve definição de Pesquisa Operacional e sua origem, problema

de corte e empacotamento, características da matéria-prima e o cenário das indústrias

moveleiras.

3.1. Pesquisa Operacional

Hillier e Lieberman (2001) definem Pesquisa Operacional (PO) como uma ciência aplicada a

partir da formulação de modelos matemáticos, cuja finalidade é otimizar o desempenho das

organizações. Sua aplicação abrange diversas áreas como a fabricação de produtos, transporte,

construção, telecomunicações, planejamento, serviços públicos, etc.

A Pesquisa Operacional tem como característica encontrar uma “solução ótima” para o

problema. Visto que dentro do contexto organizacional sua aplicação pode resultar em várias

“soluções ótimas”, a PO tem como objetivo ser um agente facilitador no processo de tomada

de decisão, auxiliando a organização a identificar o melhor plano de ação em função dos

fatores internos e externos (HILLIER e LIEBERMAN, 2001).

3.1.1. Origem da Pesquisa Operacional

A origem do termo Pesquisa Operacional está relacionado com a invenção do radar em 1934

na Inglaterra, tecnologia que nos dois anos seguintes tornou-se centro de estudo para

identificar maneiras de interceptar aviões inimigos (ARENALES et al., 2007).

A partir de 1941, especialistas ingleses foram designados a estudar problemas estratégicos e

táticos relativos a operações militares antes e durante a segunda guerra mundial com o intuito

de alocar recursos escassos, abrangendo a manutenção e inspeção de aviões, planejamento de

bombardeios, controle de artilharia antiaérea e dimensionamento de comboios (ARENALES

et al., 2007).

Page 14: estudo de caso para uma marcen

12

Com o fim da segunda guerra mundial, as técnicas de pesquisa operacional propagaram-se

nos Estados Unidos e foram adaptadas para operações não militares, com o intuito de

melhorar a eficiência e produtividade no setor industrial e comercial. Em 1947 nos Estados

Unidos, o especialista George Dantzig desenvolveu o “Método Simplex”, o qual tem grande

importância na resolução de problemas de programação linear (FAGUNDES, 2002). Closkey

e Trefethen (1954) citam que na Inglaterra, a Pesquisa Operacional para fins não militares

teve algumas das primeiras aplicações no tráfego rodoviário, aviação civil, estradas de ferro e

serviços de ônibus, distribuição de eletricidade, agricultura e construção civil.

Hillier e Lieberman (2001) comentam que antes do final da década de 1950, muitas das

ferramentas padrões da Pesquisa Operacional foram consideravelmente bem desenvolvidas,

tais como a programação linear, programação dinâmica e teoria das filas, impulsionando a

difusão e introdução da pesquisa operacional nas organizações.

Os mesmos autores citam que o desenvolvimento tecnológico proporcionou o avanço da

pesquisa operacional, possibilitando a resolução de problemas complexos de forma mais

eficiente.

3.1.2. Fases do estudo de Pesquisa Operacional

Segundo Taha (2007) as principais fases de implementação da pesquisa operacional incluem:

Definição do problema

Hillier e Lieberman (2001) comentam que a obtenção de resultados apurados depende

de uma formulação clara do problema, determinando os objetivos em estudo, especificando as

limitações e restrições do sistema, a inter-relação entre a área estudada e as demais áreas da

organização e possíveis alternativas de cursos de ação. Este processo é de grande importância

pois interfere de maneira relevante nas conclusões do estudo.

Page 15: estudo de caso para uma marcen

13

Construção do modelo

Consiste em transformar o problema real em um modelo matemático. O modelo

matemático é uma representação formulada partir de símbolos matemáticos e expressões que

descrevem a essência do problema. A função objetivo do problema é expressa por n variáveis

de decisão, variáveis essas que são quantificáveis e indispensáveis para a formulação do

modelo. As restrições das variáveis do modelo são expressas por meio de equações e

inequações, que representam as relações e limitações das variáveis (HILLIERr e

LIEBERMAN, 2001).

Solução do modelo

Segundo Fagundes (2002), esta fase visa encontrar a solução do modelo através de

algumas técnicas matemáticas existentes, buscando o algoritmo mais adequado para o caso

em termos de precisão de resposta, rapidez de processamento e de forma econômica.

Goldbarg e Luna (2000) citam que o termo rapidez está ligado com o fim prático do algoritmo

e o termo econômico está associado com a limitação de recursos humanos, computacionais.

Validação do Modelo

Hillier e Lieberman (2001) citam que a validação do modelo tem por finalidade

corrigir erros, além de considerar possíveis informações relevantes omitidas durante o

desenvolvimento, fatos que são inevitáveis devido à complexidade dos problemas. Um dos

métodos de analisar o modelo é a utilização de dados históricos, comparando a eficácia do

desempenho hipotético com os resultados obtidos. Outro método prático é a variação dos

valores das variáveis de decisão e verificar se o resultado comporta-se de maneira admissível.

Implementação do modelo

A implementação do modelo é a fase crítica do estudo, pois somente nesta fase os

resultados práticos serão obtidos. A participação do(s) desenvolvedor(es) é de grande

importância nesta fase a fim de certificar que as soluções do modelo estão sendo

implementadas de maneira correta (HILLIER e LIEBERMAN, 2001).

Page 16: estudo de caso para uma marcen

14

3.1.3. Algumas aplicações da Pesquisa Operacional

Arenales et al. (2007) citam alguns problemas típicos encontrados em diversas organizações

que podem ser formulados como problemas de otimização linear.

Problemas de mistura

Trata-se da combinação de materiais provenientes da natureza ou a partir do

aproveitamento dos resíduos, cujo objetivo é a obtenção de um produto comercial que atenda

as exigências técnicas a um custo relativamente baixo.

Problemas de transporte, transbordo e designação

Consiste na distribuição ou transporte do produto para os mercados consumidores ao

menor custo possível, respeitando os prazos de entrega.

Problemas de planejamento de produção

O planejamento de produção abrange diversos problemas que podem ser solucionados

com a otimização linear, dentre eles o mix de produção, seleção de processos, alocação de

recursos e dimensionamento de estoques, visando à minimização de custos e redução de

tempos de processo em máquinas gargalo.

Problemas de meio ambiente

Refere-se à minimização da poluição dos recursos naturais através da utilização de um

método (ou a combinação de vários) eficiente capaz de minimizar o impacto ambiental

provocado durante o processo a um menor custo.

Page 17: estudo de caso para uma marcen

15

3.2. Problema de Corte

O problema de corte (Cutting Stock Problems) consiste na produção de itens (peças menores)

de tamanhos variados a partir de objetos (peças maiores), cujo objetivo é cortar o menor

número de objetos, de tal forma que todos os itens sejam produzidos, comumente aplicado em

indústrias que trabalham com vidro, papel, papelão e indústrias moveleiras.

O soviético Leonid Vitaliyevich Kantorovich (1939, apud MOSQUERA, 2007) foi o grande

pioneiro a pesquisar sobre problemas de corte e empacotamento publicando seu trabalho em

1939, utilizando modelos matemáticos de programação linear para o planejamento e

organização da produção, abrangendo o problema de corte unidimensional.

As principais abordagens para problemas de corte e empacotamento foram desenvolvidas por

Gilmore e Gomory na década de 60, que propuseram o método de geração de colunas,

normalmente aplicado em problemas de grandes dimensões. (CHERRI, 2006).

Apesar do grande avanço no desenvolvimento de modelos matemáticos capazes de solucionar

problemas de corte, não existem algoritmos exatos para a solução do problema inteiro de

tamanho médio. Em contrapartida, vários métodos heurísticos (também conhecidos como

algoritmos de aproximação) foram propostos para a solução do problema inteiro (POLDI,

2003).

Gilmore e Gomory (1965) desenvolveram um método para a solução do problema de corte

bidimensional, utilizando como restrições o corte guilhotinado, estagiado e irrestrito.

Na década de 80, Morabito (1989) propõe a abordagem em grafo E/OU para resolver

problemas de corte bidimensional guilhotinado, não-estagiado e irrestrito.

Segundo Cavali (2004), no decorrer dos anos diversos autores como Gilmore e Gomory

(1961, 1963, 1965), Christofides e Whitlock (1977), Morabito (1994), Vanderbeck (1999),

Lodi, Martello e Vigo (2002), Belov e Scheithauer (2002), realizaram pesquisas sobre o

problema de corte abordando os mais variados contextos.

Na década de 90, devido às diversas definições encontradas na literatura e o grande número

de trabalhos publicados a respeito de problemas de corte, Dyckhoff (1990) desenvolveu uma

tipologia para este tipo de problema com o intuito de unificar o uso de diferentes notações,

definindo como problemas de corte e empacotamento – PCE (cutting and packing problems).

Page 18: estudo de caso para uma marcen

16

Tanto o corte quanto o empacotamento são atividades distintas, porém, os modelos

matemáticos utilizados para a resolução desses problemas apresentam o mesmo conceito.

Poldi (2003) cita que dependendo da aplicação, diferentes regras podem ser usadas na

definição de um plano de corte (tipo de corte, estágios, limitação de itens por objeto, etc). No

setor moveleiro, indústrias que produzem móveis a partir de painéis de madeira utilizam o

corte guilhotinado normalmente em dois estágios.

Dyckhoff (1990) estruturou em seu estudo quatro tipos de características relacionadas com o

problema de corte e empacotamento (dimensão, tipos de tarefa, variedades de objeto,

variedades de itens), que são expressas por α/β/γ/δ, totalizando em 96 combinações possíveis

para o problema, tais características estão representadas a seguir:

1. Dimensão (α)

(1) Unidimensional;

(2) Bidimensional;

(3) Tridimensional;

(N) N-dimensional, com N > 3.

2. Tipos de tarefa (β)

(B) Utilização de todos objetos e apenas uma seleção de itens;

(V) Apenas uma seleção de objetos e utilização de todos os itens.

3. Variedades de objeto (γ)

(O) Um objeto;

(I) Objetos idênticos;

(D) Objetos diferentes.

Page 19: estudo de caso para uma marcen

17

4. Variedades de itens (δ)

(F) Poucos itens (com diferentes dimensões);

(M) Muitos itens com várias dimensões;

(R) Muitos itens com pequena variação das dimensões;

(C) Itens congruentes.

Com o crescente número de publicações de problemas de corte e empacotamento, tornou-se

evidente algumas deficiências na tipologia desenvolvida por Dyckhoff, na qual um problema

poderia apresentar mais de uma classificação (MOSQUERA, 2007). Em 2007, tal tipologia de

Dyckhoff foi reproduzida por Washer (2007), que introduziu novos critérios que definem

diferentes categorias de problemas, e de forma que cada problema tenha uma única

representação.

Visto a grande aplicabilidade dos problemas de corte e empacotamento, diversos estudos para

resolução deste tipo de problema são encontrados em literatura, entretanto, este trabalho

concentra resumidamente alguns trabalhos relacionados com o problema de corte e

empacotamento bidimensional.

Com foco na abordagem estudada por Morabito em 1990, Morabito e Arenales (1995)

pesquisaram o desempenho de dois métodos heurísticos para resolução de problemas grandes

de corte guilhotinado bidimensional utilizando a representação do modelo em grafo E/OU,

para solução de problemas restritos e estagiados.

Lodi e Monaci (2003) apresentaram dois modelos programação linear para a geração padrões

de corte guilhotinado 2-estágios restrito, considerando algumas restrições a fim de evitar

soluções simétricas. Os testes computacionais para este modelo linear obtiveram resultados

eficientes.

Figueiredo (2006) propõe duas heurísticas para geração de padrões do tipo n-grupo irrestrito

para problemas de corte bidimensional. A heurística baseada no modelo de Gilmore e

Goromy proporcionou melhores resultados na geração de cortes do tipo tabuleiro, fazendo a

combinação de faixas a fim de se obter os padrões de cortes desejados.

Em Teodoro (2003), duas heurísticas (FFD e FFDH) foram utilizadas para o problema de

corte bidimensional com o objetivo de fornecer um conjunto inicial de padrões de corte de

Page 20: estudo de caso para uma marcen

18

qualidade. Cherri (2006) utiliza a heurística FFD para o problema de corte de estoque e

reaproveitamento de material.

Temponi (2007) cita em seu trabalho algumas heurísticas utilizadas nos problemas de corte e

empacotamento, dentre elas o Next Fit (NF), First Fit (FF) e o Best Fit (BF). Cintra (2004)

apresenta em seu estudo os algoritmos de aproximação First Fit Decreasing (FFD), Next Fit

Decreasing Height (NFDH) e o First Fit Decreasing Height (FFDH), visando que nas quatro

últimas décadas, um grande número de algoritmos tem sido propostos para a resolução de

problemas de corte e empacotamento. Andrade et al. (2008) cita que esses algoritmos

apresentam a vantagem de serem rápidos e gerarem padrões de corte guilhotináveis.

3.2.1. Classificação

No contexto industrial, os problemas de corte para fabricação de itens possuem algumas

características como dimensões relevantes no corte ou o tipo de corte. Pinto (2004) comenta

que cada combinação geométrica dos itens dentro do objeto é denominada de padrão de corte.

Independente da dimensão do problema, para cada padrão de corte pode-se associar um vetor

m-dimensional da seguinte maneira:

aj = (a1j,a2j,...,amj)

onde: aij representa a quantidade de itens i contidos no padrão de corte j.

Problema de corte unidimensional

Comumente empregado no corte de bobinas de papel e bobinas de aço, o padrão de corte é

denominado unidimensional quando apenas uma das dimensões é relevante no processo de

corte.

Page 21: estudo de caso para uma marcen

19

Mosquera (2007) comenta que o problema de corte unidimensional é um problema de

otimização combinatória, de tal forma que os itens de tamanhos definidos sejam combinados

a fim de obter o maior valor de utilidade do objeto, conforme ilustra a Figura 1.

Figura 1: Exemplo de padrão de corte unidimensional.

Para este exemplo, o padrão de corte pode ser associado ao seguinte vetor:

a1 = (1,1,1)

Problema de corte bidimensional

No problema de corte bidimensional, duas dimensões são relevantes no processo de corte

(comprimento e largura), realizando a combinação geométrica de diversos itens ao longo do

comprimento e largura do(s) objeto(s) (PINTO, 2004). É um problema comum em indústrias

que produzem móveis a partir de painéis de madeira, indústrias de chapas de aço, vidro e etc.

A figura a seguir ilustra o corte do objeto bidimensional em itens.

(a)

(b)

(c)

(a) objeto;

(b) itens;

(c) exemplo de um padrão de corte.

Page 22: estudo de caso para uma marcen

20

Figura 2: Exemplo de padrão de corte bidimensional.

No exemplo de padrão de corte bidimensional, o vetor correspondente é dado por:

a1 = (3,3,2,4)

Da mesma forma que no problema de corte unidimensional, o corte bidimensional é um

problema de otimização combinatória que apresenta maior complexidade quando comparado

ao padrão de corte unidimensional, pois além atender as restrições dimensionais do objeto (a

quantidade de itens não deve ser superior as dimensões do objeto, sem a sobreposição dos

itens), algumas condições de tipos de corte podem ser contempladas, definindo a disposição

dos itens sobre o objeto (PINTO, 2004).

(a)

(b)

(c)

(a) objeto;

(b) itens;

(c) exemplo de um padrão de corte.

Page 23: estudo de caso para uma marcen

21

Problema de corte tridimensional

No problema de corte tridimensional as três dimensões são relevantes no processo de corte

(Figura 3). Indústrias de colchões e travesseiros aplicam este tipo de problema, contudo, sua

solução também é utilizada para problemas de empacotamento, que consiste em agrupar

unidades de pequenas dimensões em uma unidade grande, como por exemplo, na expedição

de produtos encaixotados dentro de contêineres (MORABITO, 1992 apud POLDI, 2003).

Figura 3: Exemplo do padrão de corte tridimensional.

1.5-dimensional, 2.5-dimensional e multidimensional

O problema de corte 1.5-dimensional apresenta duas dimensões que são relevantes, porém,

uma das dimensões é variável porque não tem tamanho fixo. Um exemplo desse tipo de

problema é um rolo de tecido, o qual a dimensão correspondente a largura é fixa e seu

comprimento é grande o suficiente para produção de roupas (CHERRI, 2006).

(a)

(c)

(b)

(a) contêiner;

(b) itens;

(c) exemplo de um empacotamento.

Page 24: estudo de caso para uma marcen

22

Figura 4: Exemplo do padrão de corte 1,5-dimensional.

Para o problema de corte 2.5-dimensional, as três dimensões são relevantes, contudo, uma

delas é variável. Como exemplo, um contêiner de largura e altura fixa, com o comprimento

suficientemente grande para alocar o volume de carga (CHERRI, 2003).

Os problemas 1.5-dimensional e 2.5-dimensional podem ser considerados como

bidimensional e tridimensional respectivamente (POLDI, 2003).

Também existe o problema multidimensional, neste caso, mais de três dimensões são

relevantes para a solução do problema (MORABITO, 1992 apud CHERRI, 2006). Segundo a

tipologia definida por Dyckhoff (1990), esses problemas podem ser considerados como

problemas abstratos, pois fazem parte dos problemas de dimensão não-espaciais, como por

exemplo: problema de alocação de tarefas, programação de rotas de veículos, entre outros.

3.2.2. Tipos de padrões de corte

A literatura anteriormente citada define algumas tipologias de cortes que podem ser

encontrados na prática.

Page 25: estudo de caso para uma marcen

23

Corte guilhotinado e não-guilhotinado

O padrão de corte guilhotinado refere-se ao corte de uma aresta a outra do objeto produzindo

dois novos retângulos a cada corte realizado.

Ao contrário do corte guilhotinado, no corte não-guilhotinado, a ferramenta de corte não

efetua a operação de aresta a aresta do objeto. Ambos exemplos estão representados pela

figura a seguir (PINTO, 2004).

Figura 5: Exemplo do padrão de corte guilhotinado e não-guilhotinado.

Estágios

Estágio corresponde aos cortes guilhotinados realizados no objeto seja na direção paralela ou

perpendicular a determinada aresta do objeto. No caso de estágios sucessivos, a direção do

corte se alterna ortogonalmente em relação à direção corte antecedente (PINTO, 2004). Desta

forma, no padrão de corte de 2-estágios ocorre apenas uma mudança de direção, para 3-

estágios, duas mudanças de direção, e assim sucessivamente.

Corte guilhotinado Corte não-guilhotinado

Page 26: estudo de caso para uma marcen

24

Figura 6: Exemplo de padrão de corte guilhotinado de três estágios.

Com a finalidade de facilitar o processo produtivo no corte guilhotinado de 2-estágios, os

itens com as mesmas dimensões ou dimensões semelhantes podem ser agrupados em um

padrão de corte conforme a Figura 7. Isso contribui positivamente no tempo de produção,

porém, a perda de matéria-prima pode ser maior. Gilmore e Gomory (1965) definiram esta

classe de padrão de corte em 2-estágios como padrão tabuleiro. O padrão de corte tabuleiro

que é formado por um conjunto de diferentes itens é denominado como padrão de corte

guilhotinado n-grupo.

Figura 7: Padrão de corte tabuleiro ou 1-grupo.

Os cortes em 2-estágios podem ser classificados como exatos e não exatos. No corte exato, o

item final não necessita de recortes complementares, ao contrário do corte não-exato, em que

alguns (ou todos) itens necessitam de recortes para a remoção de itens sem utilidade,

denominados de “rebarbas” (PINTO, 2004).

Padrão de corte 1º estágio

2º estágio

3º estágio

Page 27: estudo de caso para uma marcen

25

Figura 8: Exemplo de corte não exato com a presença de rebarbas.

Orientação dos itens

De modo geral, a orientação dos itens é uma técnica muito aplicada nos problemas de corte,

desde que a matéria-prima seja lisa, sem a presença de veios ou estampas. Este procedimento

permite a rotação dos itens em 90º, de forma a obter padrões de corte com menores perdas de

matéria-prima. A rotação de produtos fabricados a partir de painel de madeira compensada,

com revestimento de lâminas de madeira ou de madeira maciça não é interessante, pois o

produto perde sua característica estética devido à orientação das fibras, além de influenciar

em aspectos como a qualidade do produto, procedimento de corte e desgaste da ferramenta

devido à anisotropia do material (madeira).

Segundo Mosquera (2007), itens que não podem ser rotacionados são denominados de itens

de orientação fixa (Figura 9 a) e, itens que podem ser rotacionados, são conhecidos como

itens que tem rotação permitida (Figura 9 b).

Rebarba

Page 28: estudo de caso para uma marcen

26

Figura 9: Exemplos de padrões de corte com orientação fixa e rotação dos itens.

Caso restrito

O problema de corte é considerado restrito quando existe uma limitação da demanda em

relação aos itens, ou seja, o número de itens que pode aparecer no padrão de corte é limitado

por uma variável, a fim de diminuir a quantidade de padrões de corte, facilitando a resolução

do problema (GHIDINI, 2008).

Caso irrestrito

No caso do problema irrestrito, o número de itens dos padrões de corte é irrestrito a demanda,

ou seja, não existe uma limitação da demanda em relação aos itens (MOSQUERA, 2007).

(a) (b)

Page 29: estudo de caso para uma marcen

27

3.2.3. Redução de padrões de corte

Devido à existência de padrões de cortes equivalentes, em diversos problemas de corte e

empacotamento, o número de padrões de corte pode ser muito grande, o que torna

extremamente útil a aplicação de algumas regras que possam reduzir padrões de corte

irrelevantes. Chistofides e Whitlock (1977) apresentaram algumas regras para evitar a geração

de padrões de corte equivalentes.

Padrão de corte simétrico

Segundo Faccio (2008), o padrão de corte é simétrico ao outro quando as soluções obtidas são

equivalentes, porém, utilizando padrões de corte diferentes.

Figura 10: Padrões de corte simétricos.

Efeito de simetria

Considerando um objeto retangular com dimensão L x W, no qual se deseja realizar o corte

guilhotinado 1-estágio. Ao efetuar o corte x = l1, dois itens são obtidos: (l1,W) e (L - l1,W),

como mostra a Figura 11. Contudo, esses itens também poderiam ser obtidos pelo corte x = L

– l1. Com o intuito de evitar esta duplicação de padrões de corte, a solução deve satisfazer a

condição 𝑥 ≤ 𝐿

2 , reduzindo as possibilidades de corte pela metade (FACCIO, 2008).

Page 30: estudo de caso para uma marcen

28

Figura 11: Efeito de simetria.

Efeito de ordenação

Supondo que um objeto (L,W) seja cortado em x1 = l1, produzindo itens com dimensões (l1,W)

e (L - l1,W). Em seguida, é realizado o corte x2 = l2 𝑙2 < 𝑙1 ≤𝐿−𝑙1

2 , obtendo os itens (l1,W),

(l2,W) e (L - l1 - l2,W), conforme a Figura 12. Esses itens também poderiam ser produzidos a

partir do primeiro corte x1 = l2 em (L,W), e posteriormente o corte x2 = l1 em (L – l2,W). Para

evitar esta duplicação, a seguinte condição deve ser satisfeita: se o corte é efetuado em x = l1,

os seguintes cortes deverão se realizados em x ≥ l1 (FACCIO, 2008).

Figura 12: Efeito de Ordenação.

x = l1 x = L - l1

l1 x W L - l1 x W L - l1 x W l1 x W W W

L L

x1 = l1 x2 = l1

l1 x W L - l1 - l2 x W W W

L L

x2 = l2 x1 = l2

l2 x W l1 x W L - l1 - l2 x W l2 x W

Page 31: estudo de caso para uma marcen

29

Corte normal

Nesta regra, se um objeto com dimensão L x W é cortado no sentido vertical em x = l1, no

padrão de corte final, deve haver uma combinação de itens i, (i = 1,...,m), de modo que, a

soma total de seus comprimentos seja exatamente l1. Caso contrário, um corte x‟ ≤ x pode ser

efetuado, levando ao mesmo modelo do corte final (CAVALI, 2004).

Figura 13: Corte normal.

3.3. Indústria Moveleira

A indústria nacional de móveis caracteriza-se pela predominância de empresas de pequeno e

médio porte, possuindo poucas empresas de grande porte (REVISTA DA MADEIRA, 2010).

Sua participação dentro do segmento de transformação é de grande importância, pois

contribui tanto com a economia do país quanto com a geração de empregos dentro da

indústria nacional (ABIMÓVEL). No período de 1996 a 2004, a indústria de móveis

apresentou um crescimento de aproximadamente 108%, com destaque para a produção da

indústria da madeira, que obteve um crescimento de 330%, superior ao conjunto da indústria

nacional (indústria de transformação), com expansão correspondente a 186% (SEBRAE,

2008). A evolução dessas indústrias pode ser observada na Figura 14.

x’

L L

x = l1

W W

Page 32: estudo de caso para uma marcen

30

Figura 14: Brasil – Evolução comparada: VTI móveis, VTI madeira, VTI indústria de transformação.

Fonte: IBGE.

Segundo a Associação Brasileira das Indústrias do Mobiliário (ABIMÓVEL, 2009), o setor é

formado por aproximadamente 17.000 empresas, contando com 269.000 funcionários formais

registrados.

No ano de 2009 as empresas do setor produziram o correspondente a R$ 19 bilhões, o que

representa 1,3% do valor de faturamento da indústria de transformação, desconsiderando as

indústrias extrativas mineral e a construção civil. No mesmo ano, 221,2 mil postos de trabalho

foram gerados pelo setor produtor, o equivalente a 2,2% do total de trabalhadores da produção

industrial do país (ABIMÓVEL).

Apesar da existência de indústrias de móveis em todo território nacional, a maioria delas estão

concentradas no Sul e Sudeste, que representam 81,7% do total de empresas e 87,1% do total

de empregos formais do setor (ABIMÓVEL).

As indústrias de móveis podem ser classificadas quanto a utilização da matéria-prima como:

móveis de madeira (maciça e painéis de madeira), móveis de vime e junco e móveis de metal

e de plástico. (REVISTA DA MADEIRA, 2010). Grande parte dessas indústrias,

correspondente a 85,4%, produzem móveis a partir da madeira, (ABIMÓVEL), que são

destinados para uso residencial, escritório, armários embutidos, componentes para móveis e

móveis para rádios e televisores, demonstrando a supremacia da madeira e seus derivados

VTI: Valor da Transformação Industrial

Em R$ 1.000,00

Page 33: estudo de caso para uma marcen

31

(MDF, aglomerado, compensado, etc.) em relação às demais matérias-primas para produção

de móveis.

De acordo com a Revista da Madeira (2010), pequenas marcenarias que produzem móveis sob

medida apresentam processos produtivos sem muitas etapas ou complexidade devido a

utilização de painéis de madeira com revestimentos, o que elimina quase que na totalidade a

etapa de acabamento.

Segundo o estudo setorial realizado pela Associação Brasileira de Indústria e Madeira

Processada Mecanicamente (ABIMCI) em 2007, a utilização do MDF na indústria moveleira

é crescente e vem aumentando sua participação no mercado, ocupando parcelas do segmento

de madeira maciça e outros painéis de madeira.

3.3.1. Painéis de Madeira Reconstituída

Segundo Iwakiri (2005), painéis de madeira podem ser definidos como a composição de todo

material proveniente de madeira sólida como lâminas, sarrafos, partículas e fibras, e

reconstituído através de ligação adesiva.

As matérias-primas utilizadas na fabricação de painéis apresentam grande variedade quanto

ao seu tamanho e forma. A aplicação desses painéis abrange tanto a utilização para fins

estruturais como não estruturais, e para o uso interno e externo (YOUNGQUIST, 1999).

Page 34: estudo de caso para uma marcen

32

Figura 15: Elementos da madeira.

Fonte: IWAKIRI, 2005.

As vantagens dos painéis de madeira em relação a madeira sólida são perceptíveis já no início

do processo de fabricação, pois o aproveitamento expressivo da tora, obtendo altos índices de

rendimento quando comparado a conversão de madeira serrada, que resulta em baixo

aproveitamento e em perdas consideráveis (GONÇALVEZ, 2000). Outras características

favoráveis dos painéis são suas estruturas mais homogêneas e menor incidência de defeitos,

propriedades físico-mecânicas maiores em alguns casos, mais uniformes, maior estabilidade

dimensional e maior resistência à bio-deterioração. Para determinados painéis a matéria-prima

pode ter origem no aproveitamento da madeira como costaneiras ou sobras, ou mesmo de

resíduos de madeira processada mecanicamente como cavacos e maravalhas (MALONEY,

1996 apud GONÇALVES, 2000).

Page 35: estudo de caso para uma marcen

33

3.3.2. Classificação dos painéis à base de madeira

Os painéis de madeira podem ser divididos em três categorias diferentes, os laminados,

particulados e painéis de fibras (Figura 2). Os painéis laminados incluem os compensados

(plywood), sarrafeados e o LVL (laminated veneer lumber). No grupo dos particulados

encontram-se os painéis aglomerados (particleboard), painéis OSB (oriented strandboard) e

WB (waferboard). O painel MDF (medium density fiberboard), chapa dura (hardboard) e

chapa isolante (insulation board) fazem parte dos painéis de fibras (YOUNGQUIST, 1999).

Figura 16: Classificação dos painéis de madeira.

Fonte: ELEOTÉRIO, 2000.

De acordo com Mattos (Painéis de madeira no Brasil), em 2005 o consumo mundial dos

painéis de aglomerado/MDP, MDF, chapa dura e compensado corresponderam a 219 milhões

de m³, com destaque para o painel de MDF, que apresentou crescimento de 18% ao ano entre

1995 e 2005, de acordo com a Tabela 1.

Page 36: estudo de caso para uma marcen

34

Tabela 1: Consumo mundial de painéis (em mil m³).

1995 Part. % 2005 Part. % Cresc. A.A. %

Aglomerado/MDP 64.550 48,4 100.335 45,8 4,5

MDF 7.637 5,7 40.434 18,5 18,1

Chapa dura (HDF) 6.648 5,0 10.139 4,6 4,3

Compensado 54.557 40,9 67.973 31,1 2,2

Total 133.392 100,0 218.881 100,0 5,1

Fonte: FAO.

3.3.2.1. Definição do MDF

Iwakiri (2005) define o MDF (Medium Density Fiberboard) como painel de fibra de madeira

produzido a partir da combinação de fibras lignocelulósicas, adesivo fenólico e alguns

aditivos químicos (pequenas porcentagens). Sua compactação é realizada em um processo de

prensagem a quente, com densidade variando de 0,50 g/cm³ a 0,85 g/cm³ e espessura variando

entre 3 a 60mm. Devido a sua estrutura homogênea e isotrópica, os painéis de MDF

apresentam vantagens consideráveis nos processos de usinagem e qualidade quanto ao

acabamento e aplicação de materiais de revestimento.

Page 37: estudo de caso para uma marcen

35

4. DESENVOLVIMENTO

Neste capítulo é apresentada uma breve descrição da empresa analisada para este estudo de

caso e a metodologia utilizada para a resolução do problema de corte para este estudo.

4.1. Características da Marcenaria

A Marcenaria Aires de Oliveira é uma empresa de pequeno porte e familiar, localizada em

Bauru, a 340 quilômetros de São Paulo. Originada em 1991, completa em 2011 20 anos de

experiência na fabricação de móveis planejados de alta qualidade, como cozinhas planejadas,

armários embutidos, closets, peças em geral além da madeira maciça. Sua produção mensal

varia de acordo com a demanda.

A matéria-prima utilizada na produção dos móveis é o painel MDF, o qual possui variedade

em termos de espessura e acabamento. A marcenaria utiliza painéis com revestimento liso e

laminado, na qual ambos são melamínicos BP, com espessuras entre 3 e 30 milímetros. Além

do painel MDF, a marcenaria também produz móveis a partir de restos de madeira maciça da

construção civil, conhecida como madeira de demolição. Contudo, o estudo de caso é

fundamentado apenas na produção de móveis de MDF.

A produção dos móveis é originada no processo de corte dos painéis em peças menores. Em

seguida, os componentes são direcionados para o processo de usinagem, onde são realizados

furos para montagem dos móveis e ferragens. Após a furação, os componentes são

encaminhados para o processo denominado colagem da borda, proporcionando aos

componentes melhor acabamento. A etapa de pré-montagem visa garantir a conformidade do

produto de acordo com o projeto. Após a pré-montagem, os móveis são embalados e seguem

para a expedição, sendo a montagem dos mesmos executada pelos profissionais da empresa.

Vale ressaltar que em cada etapa do processo produtivo, é realizada uma minuciosa aferição

dos componentes, com o objetivo de garantir a qualidade do produto final. A Figura 17

ilustra as etapas do processo de produção.

Page 38: estudo de caso para uma marcen

36

Figura 17: Etapas do processo produtivo da marcenaria.

O estoque de matéria-prima é mínimo devido à grande variedade de móveis que são

confeccionados sob medida. A reposição de insumos é realizada de acordo com sua ausência

no almoxarifado. A empresa não trabalha com estoque de produtos acabados, os quais

permanecem na expedição por um curto período de tempo, até a entrega e montagem para o

cliente.

Desde o surgimento da empresa, nenhum modelo de pesquisa operacional com ênfase no

problema de corte e empacotamento foi usado para a elaboração dos planos de corte, atividade

o qual é realizada de forma manual.

Algumas características importantes são consideradas na elaboração dos padrões de corte. A

primeira delas refere-se à produção dos itens. Para qualquer padrão de corte, o corte dos

painéis é guilhotinado e apresenta n-estágios. O número de estágios é uma função das

dimensões dos itens, entretanto, a maioria dos cortes são efetuados em 3 estágios. A

elaboração dos padrões de corte é considerado como caso irrestrito, ou seja, não existe

limitação de demanda em relação aos itens para os padrões de corte. Por fim, os padrões de

corte devem ser elaborados permitindo perdas aceitáveis, e possibilitando o aproveitamento

de chapas não usadas totalmente para a produção de itens futuros.

De acordo com a classificação de Dyckhoff, o problema de corte estudado pode ser

representado por 2/V/I/R, ou seja, bidimensional, apenas uma seleção de objetos e utilização

de todos os itens, objetos idênticos e poucos itens.

Page 39: estudo de caso para uma marcen

37

4.2. Definição do problema

Assim como a marcenaria referenciada no estudo de caso, o problema de corte é comum em

muitas empresas de pequeno e médio porte. Os padrões de corte são elaborados manualmente,

o que demanda tempo, elevando os custos operacionais da empresa. Na marcenaria em

questão, os padrões de corte são desenvolvidos manualmente pelos administradores da

empresa, atividade a qual delimita o tempo para o desenvolvimento de atividades

administrativas durante o período de trabalho.

A fim de agilizar o processo de tomada de decisão e proporcionar maior tempo para o

desenvolvimento de atividades administrativas, a utilização de um software para a resolução

de problemas de corte é essencial para o problema em questão desde que atenda as

características de trabalho da empresa, pois reduz consideravelmente o tempo de elaboração

dos padrões de corte em relação à elaboração de padrões de corte de forma manual no caso de

demandas muito elevadas.

Partindo para o conceito matemático, o problema consiste na minimização aceitável de perda

de matéria-prima durante o corte dos painéis.

4.3. Seleção do algoritmo de aproximação

Para a resolução do problema de corte, foi adotado a heurística First Fit Decreasing Height

(FFDH), cujos itens são alocados em faixas, da esquerda para a direita. As faixas resultantes

da combinação dos itens são alocadas no objeto. Caso a largura do objeto não seja suficiente

para alocar todas as faixas, um novo objeto é utilizado, até que a condição seja satisfeita.

Page 40: estudo de caso para uma marcen

38

4.4. Formulação do modelo

A formulação do modelo matemático tem como referência os conceitos do algoritmo FFDH,

aplicado ao problema de corte bidimensional, definido a seguir.

Dada uma quantidade ilimitada de objetos bidimensionais de comprimento (L) e largura (W),

e uma lista de itens i com dimensões li x wi, o algoritmo ordena os itens em ordem

decrescente de largura, cujo item de maior largura (wi) é alocado na posição de origem (item

8), que corresponde ao lado esquerdo da extremidade superior, e determina a altura da faixa,

conforme ilustra a Figura 18. Em seguida, os itens são ordenados em ordem decrescente de

largura. Quando o comprimento dos itens na faixa exceder o comprimento do objeto (L), uma

nova faixa é criada. Na existência de espaços remanescentes, mais itens podem ser alocados a

fim de obter o maior aproveitamento em relação ao comprimento da faixa (item 4), ao invés

de criar uma nova faixa. Para este estudo de caso, a rotação dos itens é um recurso opcional,

já que a marcenaria trabalha com painéis de revestimentos laminados e lisos.

Sendo assim, o problema de corte consiste em minimizar o número de faixas geradas ao longo

dos objetos, de modo a produzir toda a demanda dos itens.

Figura 18: Exemplo de um padrão de corte com o algoritmo FFDH.

W

L

Page 41: estudo de caso para uma marcen

39

Os dados do modelo são:

L: comprimento do painel;

W: largura do painel;

li: comprimento do item i=1,...,n;

wi: comprimento do item i=1,...,n;

comp_usado_faixaj: comprimento total dos itens alocados na faixa j=1,...,n;

y_faixak: distância entre o ponto de origem e a largura do primeiro item da última faixa

k=1,...,n;

sobra_compj: sobra do comprimento da faixa j=1,...,n em relação ao painel;

sobra_largk: sobra da largura k=1,...,n em relação ao painel.

A Figura 19 ilustra alguns dados considerados para a formulação do modelo.

Figura 19: dados do modelo.

Page 42: estudo de caso para uma marcen

40

Sendo assim, a heurística pode ser modelada como:

min 𝑓 = 𝑦_𝑓𝑎𝑖𝑥𝑎𝑗𝑛𝑗 =1 (1)

sujeito a: 𝑙𝑖𝑛𝑖=1 ≤ 𝐿 (2)

𝑤𝑖𝑛𝑖=1 ≤ 𝑊 (3)

𝑤𝑖𝑛𝑖=1 ≥ 𝑤𝑖+1 (4)

𝑙𝑎𝑟𝑔_𝑢𝑠𝑎𝑑𝑜_𝑓𝑎𝑖𝑥𝑎𝑗 + 𝑙𝑖𝑛𝑗 =1 ≤ 𝐿 (5)

𝑦_𝑓𝑎𝑖𝑥𝑎𝑘𝑛𝑘=1 ≤ 𝑊 (6)

As restrições (2) e (3) garantem que o comprimento e largura dos itens serão menores que o

comprimento e largura do objeto, respectivamente. A restrição (4) garante que os itens serão

organizados em ordem decrescente de largura. A restrição (5) garante que a somatória dos

itens alocados na faixa j não ultrapasse o comprimento do objeto. Por fim, a restrição (6)

garante que a somatória da largura das faixas não exceda a largura do objeto.

4.5. Programação do modelo

A construção do modelo matemático foi desenvolvida na linguagem Visual Basic for

Aplications (VBA), devido à interação com os programas do Microsoft Office,

especificamente o Microsoft Excel, visto a praticidade na elaboração do programa aliada ao

registro histórico da empresa na forma de planilhas, facilitando na alimentação de dados e

contribuindo com o planejamento da marcenaria.

Considerações importantes

A programação do modelo foi desenvolvida considerando quatro variáveis básicas:

dimensões do objeto (comprimento e largura);

dimensões dos itens (comprimento e largura);

Page 43: estudo de caso para uma marcen

41

espessura de corte da serra e;

espessura total das bordas esquadrejadas. A espessura total das bordas esquadrejadas

refere-se a remoção das extremidades dos painéis (se necessário) que apresentam

irregularidades no acabamento.

Os painéis (objetos) utilizados pela marcenaria não apresentam variação em relação as suas

dimensões, já que a matéria-prima é proveniente de um único fornecedor. Contudo, as

dimensões do objeto podem ser alteradas a qualquer momento em função de uma possível

mudança de fornecedor. A flexibilidade em modificar as dimensões do objeto também

permite o aproveitamento de objetos não foram totalmente utilizados, proporcionando

consumos menores de matéria-prima, em determinados casos.

A quantidade de objetos é determinada em função dos padrões de corte gerados, ou seja, a

alocação dos itens nas faixas e a quantidade de faixas necessárias para atender a demanda dos

itens definem qual será o número de objetos requeridos para a produção. Dessa forma, a

marcenaria realiza a programação da produção sem a necessidade de manter altos níveis de

estoque.

Como a quantidade de itens é baixa em relação a cada projeto, o software considera efetua as

ações para uma quantidade limitada de 100 itens. Este número de itens é o suficiente para o

desenvolvimento dos projetos, mesmo na presença de vários itens com as mesmas dimensões,

que devem ser inseridos em linhas diferentes,

A geração dos padrões de corte é representada por uma interface gráfica, na qual a alocação

dos itens segue a lógica do modelo proposto. A criação da interface gráfica tem como foco

tornar compreensível o resultado prático, agilizando o processo de decisão para o corte dos

painéis.

4.5.1. Atribuição dos dados

O desenvolvimento do programa inicia-se na criação de variáreis, que assumirão os dados do

projeto. As principais variáveis nesta etapa inicial são: dimensão dos itens (comprimento e

Page 44: estudo de caso para uma marcen

42

largura), dimensão do objeto (comprimento e largura), espessura do corte da serra e espessura

total das bordas esquadrejadas, conforme ilustra a Figura 20.

Figura 20: Interface do programa.

Os valores inseridos na planilha são indexados as suas respectivas variáveis, e utilizados nas

etapas seguintes.

Na interface inicial do programa é ilustrada uma imagem de um painel com revestimento

laminado, o qual tem o intuito de demonstrar o sentido do comprimento e largura em relação

ao revestimento, a fim de evitar a troca das dimensões e gerar planos de corte errados. Esta

observação não é válida para painéis com revestimento liso, onde os itens não apresentam

restrições em relação ao sentido de corte.

4.5.2. Rotação dos itens

A rotação dos itens foi realizada da seguinte forma:

Page 45: estudo de caso para uma marcen

43

Faça i = 1 até n

Se wi > li então

maior = li

wi = li

li = maior

fim-se

fim

A rotação dos itens é essencial para painéis que apresentam revestimento liso, pois

proporcionam menores perdas de material na geração dos padrões de corte.

4.5.3. Ordenação dos itens em ordem decrescente de largura

A ordenação dos itens em ordem decrescente de largura é a primeira fase do algoritmo FFDH.

Sua representação é dada por:

maior = 0

Faça i = 1 até n

Faça i’ = 1 até n

Se wi > maior então

maior = wi

indice = i’

fim-se

fim

l’i = lindice

w’i= windice

z = indice

lindice = 0

windice = 0

maior = 0

fim

Page 46: estudo de caso para uma marcen

44

Esta fase garante que os itens sejam organizados em ordem decrescente de largura, contudo,

no caso da presença de itens com a mesma largura, o programa não organiza em ordem

decrescente de comprimento, ou seja, de acordo com a ordem dos itens inseridos na planilha.

4.5.4. Criação de faixas

A criação da primeira faixa é orientada a partir do primeiro item (l‟1 x w‟1) posicionado na

origem do objeto. Caso a somatória do comprimento dos itens seja superior ao comprimento

do objeto, uma nova faixa é criada, conforme demonstrado a seguir:

comp_usado_faixa = 0

y = 0 (largura do primeiro item de cada faixa)

qtidade_paineis = 0 (quantidade de objetos)

y_faixa(qtidade_paineis + 1) = w’i

Faça i = 1 até n

plano_de_corte(l’i) = comp_usado_faixa (Posição de origem)

plano_de_corte(w’i) = y (Posição de origem)

comp_usado_faixa = comp_usado_faixa + l’i

Se comp _usado_faixa > L então

comp_usado_faixa = 0

y = qtidade_paineis * W + y_faixa(qtidade_paineis + 1)

plano_de_corte(w’i) = y (Posição do primeiro item na faixa)

y’ = w’i (Altura do primeiro item na faixa criada)

y_faixa(qtidade_paineis + 1) = y + y’ - qtidade_paineis * W

comp_usado_faixa = comp_usado_faixa + l’i

Fim-se

Fim

Page 47: estudo de caso para uma marcen

45

4.5.5. Alocação dos itens na faixa

Apesar ordenação dos itens e criação das faixas, ainda existem espaços remanescentes dentro

das faixas onde podem ser alocados itens, resultando em maior aproveitamento das faixas.

Este comando deve ser inserido dentro da etapa de criação das faixas, pois para cada faixa

criada, deve ser analisada a possibilidade de alocar itens. A alocação é realizada através da

seguinte condição:

Faça i’ = i + 1 até contador

sobra_comp = L – comp_usado_faixa

Se l’i+1 ≤ sobra_comp então

plano_de_corte(zi+1) = comp_usado_faixa

plano_de_corte(zi+1) = y

comp_usado_faixa = comp_usado_faixa + l’i+1

l’i+1 = 0

w’i+1= 0

zi+1 = 0

Fim-se

Fim

4.5.6. Alocação dos itens no objeto

Quando a altura dos itens da próxima faixa é superior a altura do painel, um novo painel é

criado, porém, se a largura dos itens for menor que a sobra do painel em relação à largura,

uma nova faixa com os itens rotacionados pode ser criada, realizando a alocação dos itens no

objeto. Para esta alocação são utilizados os mesmos princípios das etapas 4.5.2, 4.5.3, 4.5.4 e

4.5.5.

Page 48: estudo de caso para uma marcen

46

4.5.7. Criação de um novo objeto

A criação de um novo objeto é realizada quando a quantidade de faixas geradas para a

alocação dos itens for maior que a largura do objeto, assim como demonstra a condição a

seguir:

Se y_faixa(qtidade_paineis + 1 > W então

comp_usado_faixa = 0

qtidade_paineis = qtidade_paineis + 1

y = qtidade_paineis * W

plano_de_corte(w’i) = y

y_faixa(qtidade_paineis + 1) = w’i

comp_usado_faixa = comp_usado_faixa + l’i

Fim-se

Do mesmo modo que a alocação dos itens nas faixas, a criação de um novo objeto deve ser

enquadrado dentro da criação da faixa, pois deste modo, a programação do modelo obedece às

características da heurística FFDH, que procura aproveitar os espaços remanescentes para a

alocação de itens seguindo a ordem decrescente.

4.6. Tipos de modelo

Em função da rotação, foram criados dois modelos distintos de padrões de corte que resultam

diferentes rendimentos. Desses diferentes modelos, dois permitem a rotação dos itens e um

não permite a rotação, utilizado em casos onde a matéria-prima apresenta revestimento

laminado.

Page 49: estudo de caso para uma marcen

47

4.6.1. Primeiro modelo

No primeiro modelo existem dois tipos de rotações. A primeira rotação refere-se à rotação dos

itens logo no início do programa, na qual é realizada a troca do comprimento pela largura,

conforme a etapa 4.5.2. A segunda rotação está relacionada com a rotação dos itens para sua

alocação no sentido da largura (etapa 4.5.6).

4.6.2. Segundo modelo

No segundo modelo, não é permitido nenhuma rotação dos itens, ou seja, é essencialmente

utilizado nos casos onde os painéis apresentam revestimentos laminados. Entretanto, este

modelo também pode ser utilizado para padrões revestidos. Para este modelo, a alimentação

das informações exige muita atenção, pois as dimensões dos itens devem ser colocadas de

acordo com suas respectivas dimensões do projeto, já que não será efetuada nenhuma rotação

dos itens.

4.7. Determinação dos rendimentos e posicionamento dos itens

Para efeito de comparação entre os modelos e análise crítica dos resultados, dois tipos de

rendimentos são determinados em função no modelo selecionado, assim como o

posicionamento dos itens. O primeiro rendimento refere-se à relação item/objeto. Para cada

objeto, é calculado o rendimento da quantidade de itens alocados. O segundo rendimento está

relacionado com o y_faixa de cada objeto, ou seja, é a relação entre a largura da última faixa

do objeto e o próprio objeto. A análise deste rendimento é de grande importância no quesito

de aproveitamento de material, no caso de objetos que apresentem os mesmos itens e

conseqüentemente o mesmo rendimento.

A Figura 21 ilustra a tabela de rendimentos, que pode ser acessada ao clicar na aba

rendimentos do programa.

Page 50: estudo de caso para uma marcen

48

Figura 21: Tabela de rendimentos resultante do padrão de corte selecionado.

Da mesma forma que os rendimentos, o posicionamento dos itens é resultante do modelo

selecionado. Além do posicionamento dos itens em relação à origem do objeto, o programa

também determina o posicionamento de corte dos itens, na qual as dimensões de comprimento

e largura são referentes à linha média da serra, conforme a Figura 22. Esses dados são gerados

na aba posicionamento das peças.

Page 51: estudo de caso para uma marcen

49

Figura 22: Posicionamento dos itens e posicionamento de corte dos itens.

Page 52: estudo de caso para uma marcen

50

5. RESULTADOS

Os estudos de otimização de corte com representação gráfica foram baseados nos dados

cedidos pela marcenaria Aires de Oliveira. Esses dados são referentes a um armário com

portas de correr, desenvolvido sob medida para determinado cliente. Suas dimensões são

apresentadas na Tabela 2. O painel utilizado pela marcenaria possui 2.750 milímetros de

comprimento por 1.830 milímetros de largura, com revestimento melamínico BP liso. A

espessura do painel varia com o tipo de componente que é produzido, no caso, são utilizados

painéis de 6 milímetros para a confecção do fundo o armário e painéis de 25 milímetros para a

fabricação dos demais itens.

Tabela 2: Dimensões do armário.

Número da Peça Largura (mm) Comprimento (mm) Espessura (mm)

1 1700 1375 25

2 1700 1375 25

3 550 1375 25

4 550 1375 25

5 550 1375 25

6 550 1375 25

7 550 1700 25

8 550 1700 25

9 550 1700 25

10 550 1700 25

11 500 1700 25

12 500 1700 25

13 500 1700 25

14 500 1700 25

15 500 1700 25

16 500 1700 25

17 500 1700 25

18 500 1700 25

19 500 1700 25

20 500 1700 25

21 500 1700 25

22 500 1700 25

23 500 1375 25

Page 53: estudo de caso para uma marcen

51

24 500 1375 25

25 500 1375 25

26 500 1375 25

27 500 1375 25

28 500 1375 25

29 1700 1375 6

30 1700 1375 6

5.1. Dados da marcenaria

O padrão de corte elaborado pelos profissionais da marcenaria de forma manual é ilustrado

pela Figura 23, considerando que foram esquadrejadas 10 milímetros das bordas tanto no

sentido do comprimento quanto da largura, para a remoção de imperfeições de acabamento.

Figura 23: Padrão de corte desenvolvido pela marcenaria.

1

2

3

4

5

6

7

25 mm

6 mm 8 9

Page 54: estudo de caso para uma marcen

52

Como pode ser observado, neste específico caso o padrão de corte foi elaborado na forma de

tabuleiros, na qual os componentes com dimensões iguais foram alocados no mesmo painel,

consumindo ao todo 9 painéis. Para os painéis de 25 milímetros, a disposição dos

componentes no sexto e sétimo painel foi realizada visando à menor perda possível.

O tempo para o desenvolvimento manual deste padrão de corte foi praticamente irrelevante

comparada com as demais atividades administrativas da empresa, contudo, para projetos mais

complexos onde o número de componentes é grande e suas dimensões são muito variadas, a

elaboração de um padrão de corte torna-se complexa, exigindo tempo para seu

desenvolvimento, de forma a evitar perdas consideráveis.

Os resultados dos rendimentos dos painéis estão presentes na Tabela 3.

Tabela 3: Rendimentos do padrão de corte manual.

Painel Rendimento Itens (%) Rendimento y_faixa (%)

1 84,45 92,90

2 84,25 92,90

3 74,32 92,90

4 68,31 75,14

5 60,11 75,14

6 77,00 92,90

7 63,34 92,90

8 46,45 92,90

9 46,45 92,90

Os rendimentos dos itens obtidos a partir da formulação manual do padrão de corte são altos,

considerando que as limitações do painel, espessura de serra e bordas esquadrejadas, não

permitem a alocação de mais componentes, entretanto, não foi elaborado um padrão de corte

invertendo as dimensões comprimento e largura, visto a praticidade e experiência dos

desenvolvedores do padrão de corte, e considerando que o projeto refere-se a um armário que

é fabricado com painel que possui revestimento liso. Assim como os rendimentos dos itens, os

rendimentos do y_faixa de cada painel foram altos, em função proximidade da altura dos itens

alocados com a altura dos painéis.

Page 55: estudo de caso para uma marcen

53

5.2. Dados gerados pelo Software

Ao clicar no comando macro disponível na planilha, uma janela é aberta oferecendo a

escolhas dos modelos descritos anteriormente, possibilitando a seleção de padrões de corte

que permite ou não a rotação dos itens, conforme a Figura 24.

Figura 24: Janela de seleção do modelo de padrão de corte.

Inserindo os dados do projeto no programa e considerando as dimensões do painel de 1.830

de largura e 2.750 de comprimento, são gerados os seguintes padrões de corte:

Page 56: estudo de caso para uma marcen

54

Figura 25: Padrão de corte gerado pelo programa.

Os rendimentos obtidos estão expressos na Tabela 4.

1 2 3 4

5 6 7

25 mm

6 mm

8

9 10

Page 57: estudo de caso para uma marcen

55

Tabela 4: Rendimentos obtidos pelo programa.

Painel Rendimento Itens (%) Rendimento y_faixa (%)

1 65,62 82,23

2 65,62 82,23

3 69,71 82,23

4 66,30 82,23

5 66,30 82,23

6 66,30 82,23

7 75,45 98,76

8 41,36 50,18

9 46,87 62,04

10 46,87 62,04

A solução apresentada pelo programa nas condições acima descritas não demonstrou

eficiência em termos de rendimento ao ser comparado com os padrões de corte desenvolvidos

manualmente, consumindo um painel a mais para confecção dos itens. Isto pode ser explicado

pelo fato de ser utilizado a rotação, na qual a maior dimensão dos itens é atribuído ao

comprimento. Como foi atribuído ao painel o comprimento de 2.750 milímetros, os itens

foram alocados no painel obedecendo as características do algoritmo.

Efetuando de forma manual a troca das dimensões do painel, ou seja, atribuindo ao

comprimento o valor da largura e vice-versa, o programa gera a solução dos padrões de corte

representada pela Figura 26.

Page 58: estudo de caso para uma marcen

56

Figura 26: Padrão de corte com troca das dimensões do painel.

A Tabela 5 apresenta os resultados para o novo padrão de corte gerado em função da troca das

dimensões do painel.

1

2

3

4

5

6

7

8 9

25 mm

6 mm

Page 59: estudo de caso para uma marcen

57

Tabela 5: Rendimentos do novo padrão de corte.

Painel Rendimento Itens (%) Rendimento y_faixa (%)

1 84,37 93,41

2 84,37 93,41

3 85,22 93,41

4 85,22 93,41

5 79.59 93,41

6 70,31 75,55

7 27,57 75,55

8 46,87 93,41

9 46,87 93,41

Nota-se que os padrões de corte gerados em função da alteração das dimensões dos painéis se

assemelham com os padrões de corte elaborados manualmente, com diferença na disposição

dos itens no painel. Na Tabela 6, é realizada uma comparação do padrão de corte

desenvolvido pela marcenaria com o padrão de corte gerado pelo programa.

Tabela 6: Comparação entre os padrões de corte.

Painel

Padrões de Corte Marcenaria Padrões de Corte Programa

Rendimento

Itens (%)

Rendimento

y_faixa (%)

Rendimento

Itens (%)

Rendimento

y_faixa (%)

1 84,45 92,90 84,37 93,41

2 84,25 92,90 84,37 93,41

3 74,32 92,90 85,22 93,41

4 68,31 75,14 85,22 93,41

5 60,11 75,14 79.59 93,41

6 77,00 92,90 70,31 75,55

7 63,34 92,90 27,57 75,55

8 46,45 92,90 46,87 93,41

9 46,45 92,90 46,87 93,41

Média 67,19 88,95 66,35 89,44

Page 60: estudo de caso para uma marcen

58

É possível verificar que a solução do programa apresentou um rendimento médio

relativamente inferior à solução praticada pela marcenaria. Contudo, neste caso a utilização

do programa é vantajosa, pois o programa é capaz de gerar resultados instantâneos sem

interferir no processo de corte dos itens, pois em ambos os casos os cortes serão realizados em

2 estágios, além da economia de tempo para desenvolver atividades administrativas dentro da

marcenaria.

Com relação ao rendimento y_faixa, os resultados gerados para este projeto foram irrelevantes

devido à presença de itens com pouca variação de suas dimensões.Os dados referentes ao

posicionamento são ilustrados pela Figura 27.

Figura 27: Dados do posicionamento dos itens no painel.

Page 61: estudo de caso para uma marcen

59

5.3. Simulação de dados para o programa

A simulação de dados para o programa tem como importância demonstrar o comportamento

do algoritmo em situações reais, pois como a marcenaria trabalha sob a produção de móveis

planejados, cada projeto apresenta uma característica peculiar, seja em relação às dimensões

dos componentes, tipo de revestimento do painel, tipo de ferragens utilizadas, etc.

Para esta simulação, foram utilizadas dimensões fictícias de um armário de seis portas e

quatro gavetas, apresentadas na Tabela 7, considerando a fabricação das laterais de gaveta

com 9mm, costas de gaveta, costas do armário e base com 6mm, fundos da gaveta com 3mm

e os demais componentes de 15mm, todos produzidos a partir de painéis com revestimento

laminado.

Tabela 7: Simulação das dimensões dos itens.

Número da peça Comprimento (mm) Largura (mm) Espessura (mm)

1 1812 450 15

2 1812 450 15

3 1640 433 15

4 1640 433 15

5 1640 160 15

6 1640 160 15

7 407 70 15

8 1084 90 15

9 1084 90 15

10 1640 80 15

11 1581 270 15

12 1581 270 15

13 1091 270 15

14 1091 270 15

15 1091 270 15

16 1091 270 15

17 180 542 15

18 180 542 15

19 300 542 15

20 300 542 15

21 407 70 15

Page 62: estudo de caso para uma marcen

60

22 407 70 15

23 1563 50 15

24 1563 50 15

25 350 110 9

26 350 110 9

27 350 110 9

28 350 110 9

29 350 155 9

30 350 155 9

31 350 155 9

32 350 155 9

33 487 110 6

34 487 110 6

35 487 110 6

36 487 110 6

37 1590 535 6

38 1590 535 6

39 1590 535 6

40 534 433 6

41 510 355 3

42 510 355 3

43 510 355 3

44 510 355 3

Com relação aos dados de entrada do programa, as dimensões do painel permanecem a

mesma com exceção da espessura, que varia de acordo com o componente produzido. A

espessura de corte foi considerada de 3mm e o esquadrejamento das bordas de 5mm nos

sentidos de comprimento e largura do painel. O plano de corte resultante da simulação sem

rotação está representada na Figura 28.

Page 63: estudo de caso para uma marcen

61

Figura 28: Padrões de corte do armário seis portas.

15 mm

6 mm

1 2

3

4

9 mm

3 mm 5

Page 64: estudo de caso para uma marcen

62

Os rendimentos para esta simulação são apresentados na Tabela 8.

Tabela 8: Rendimentos do armário para a simulação sem rotação.

Painel Rendimento Itens (%) Rendimento y_faixa (%)

1 73,00 87,61

2 60,67 99,60

3 7,41 12,75

4 59,83 77,49

5 14,46 18,58

Analisando o plano de corte (Figura 28) obtido para os itens com 15mm, é possível observar

que existem muitos espaços vazios no painel 2, nitidamente na segunda faixa, na qual

poderiam ser alocados os itens com menores dimensões correspondentes ao painel 1,

resultando ao painel 1 uma diminuição da altura do y_faixa e conseqüentemente a

possibilidade de aproveitamento do painel para futuros usos. Contudo, a limitação da

heurística de alocação de apenas um item por faixa impede que o rendimento seja maior.

Outra problemática está relacionado com a diferença de comprimento dos itens, como é o

caso dos itens 24 e 13 do painel 2. Como os itens são ordenados em ordem decrescente de

comprimento, não existe nenhuma restrição em relação alocação dos itens, fato que diminui

consideravelmente o rendimento do painel. Este problema poderia ser solucionado com o

acréscimo de uma restrição capaz de restringir diferenças muito elevadas em relação ao

comprimento, ou seja, organizar primeiramente os itens que possuam pequenas diferenças em

ordem decrescente, de forma que os itens que apresentem de grandes variações de

comprimento sejam alocados por último.

Na Figura 29 é apresentado o posicionamento dos itens para a simulação de padrões de corte

sem rotação.

Page 65: estudo de caso para uma marcen

63

Figura 29: Posicionamento dos itens de 25mm de espessura para padrões de corte sem rotação.

A fim de realizar a análise de mais resultados, também foi considerada a geração de padrões

de corte com rotação para as mesmas condições, ou seja, simulação para um armário

fabricado a partir de painéis de MDF com revestimento liso. A Figura 30 ilustra o plano de

corte considerando a rotação dos itens.

Page 66: estudo de caso para uma marcen

64

Figura 30: Plano de corte com rotação dos itens.

15 mm

6 mm

3 mm

1 2

3

4

5

9 mm

Page 67: estudo de caso para uma marcen

65

Os resultados dos rendimentos obtidos com a rotação dos itens são exibidos na Tabela 9.

Tabela 9: Rendimentos do plano de corte com rotação.

Painel Rendimento Itens (%) Rendimento y_faixa (%)

1 89,00 99,96

2 44,66 79,60

3 7,41 12,75

4 59,83 77,49

5 14,46 18,58

Verifica-se que os planos de corte para aos painéis de 9, 6 e 3 milímetros não apresentaram

diferença. Já para os painéis de 15 milímetros, a rotação dos itens resultou em rendimentos

diferentes. É possível observar que o painel 1 apresentou um rendimento 13% a mais do que o

padrão de corte gerado sem a rotação dos itens. Analisando o painel 2, o rendimento do

y_faixa diminuiu de 99,60% para 79,60%, proporcionando maior aproveitamento do painel

para futuros projetos.

Realizando a troca das dimensões, comprimento por largura, e considerando a rotação dos

itens, o programa gera o padrão de corte apresentado a seguir (Figura 31).

Page 68: estudo de caso para uma marcen

66

Figura 31: Padrões de corte com rotação e troca das dimensões.

15 mm

6 mm

3 mm

1

2

3

4

5

9 mm

Page 69: estudo de caso para uma marcen

67

A Tabela 10 apresenta os rendimentos obtidos para o plano de corte ilustrado pela Figura 31.

Tabela 10: Rendimento do plano de corte com a rotação dos itens e troca das dimensões.

Painel Rendimento Itens (%) Rendimento y_faixa (%)

1 91,04 99,29

2 42,63 85,64

3 7,41 19,18

4 59,83 87,12

5 14,46 27,95

É possível observar que a troca das dimensões resultou em um aumento no rendimento em

relação aos itens do primeiro painel, e uma pequena redução do rendimento do segundo

painel. Os rendimentos do y_faixa apresentaram algumas variações, devido à troca das

dimensões do painel (comprimento e largura).

A Tabela 11 apresenta os rendimentos obtidos a partir das simulações realizadas para o

armário seis portas.

Tabela 11: Comparativo entre os rendimentos dos padrões de corte do armário seis portas.

Painel

Sem Rotação Com Rotação Com Rotação e troca das

dimensões

Rend.

Itens (%)

Rend.

y_faixa (%)

Rend.

Itens (%)

Rend.

y_faixa (%)

Rend.

Itens (%)

Rend.

y_faixa (%)

1 73,00 87,61 89,00 99,96 91,04 99,29

2 60,67 99,60 44,66 79,60 42,63 85,64

3 7,41 12,75 7,41 12,75 7,41 19,18

4 59,83 77,49 59,83 77,49 59,83 87,12

5 14,46 18,58 14,46 18,58 14,46 27,95

Analisando a Tabela 11, verifica-se que a rotação dos itens proporciona maior aproveitamento

dos espaços remanescentes no painel.

Page 70: estudo de caso para uma marcen

68

6. CONCLUSÃO

Neste trabalho foi apresentada a utilização do algoritmo First Fit Decreasing Heigth (FFDH)

com representação gráfica para a resolução de problemas de corte de estoque bidimensional

em marcenarias, proporcionando ao usuário uma análise crítica do problema e auxiliando no

processo de tomada de decisão.

O padrão de corte resultante do programa apresentou soluções semelhantes aos padrões de

corte desenvolvidos pela marcenaria neste projeto em específico, demonstrando que esta

heurística apresenta bons desempenhos na elaboração de padrões de corte para projetos que

apresentem itens com pequenas variações de suas dimensões.

Na simulação realizada com itens de dimensões variadas, a utilização deste algoritmo não

obteve resultados eficientes devido à alocação de apenas um item por faixa, entretanto, a

representação gráfica oferece aos usuários planos de corte que podem ser adaptados de acordo

com as características de corte da empresa, além de gerar resultados mais rápidos que os

desenvolvidos manualmente.

Com o intuito de aprimorar os resultados obtidos, novos estudos podem ser realizados

utilizando a combinação de mais algoritmos proporcionando maior eficiência dos

rendimentos.

Page 71: estudo de caso para uma marcen

69

7. REREFÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ANDRADE, S. F.; SOUZA, S. R.; SOUZA, M. J. F. Um Algoritmo Evolutivo Híbrido

Aplicado à Solução do Problema de Corte Bidimensional Guilhotinado. In: XXVIII

ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO: A Integração de Cadeias

Produtivas com a Abordagem da Manufatura Sustentável, 2008. Rio de Janeiro: Enegep,

2008. Disponível em:

http://www.abepro.org.br/biblioteca.enegep2008_TN_STO_074_524_11765.pdf>. Acesso

em: 6 jan. 2011.

ARENALES, M. et al. Pesquisa Operacional. Rio de Janeiro: Elsevier, 2007. 1-62 p.

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA DA MADEIRA PROCESSADA

MECANICAMENTE - ABIMCI. Estudo setorial. Curitiba, 2007.

CAVALI, R. Problemas de Corte e Empacotamento na Indústria de Móveis: Um Estudo

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