Planificación de la vulcanización de neumáticos mediante modelos de optimización

Abstract

La fabricación de neumáaticos se compone de una secuencia de etapas, entre las cuales se encuentra la de vulcanizado, etapa en la cual se la da su forma y consistencia final. Este proceso se caracteriza por ser costoso en términos de consumo energético y de tiempo, ya que además de los tiempos propios del proceso, existen tiempos de configuración que dependen del orden en que se realice el procesamiento de los distintos tipos de neumáticos. Estos están relacionados a la colocación de piezas en los moldes y de moldes en las máquinas de vulcanizado llamadas heaters. En este proyecto de grado se estudió el problema de planificación de vulcanizado de neumáticos, en el marco de una actividad de extensión con la cooperativa uruguaya FunsaCoop. El objetivo consistió en desarrollar una herramienta informática que permita el manejo eficiente de los datos necesarios para la definición del problema y la aplicación de procedimientos de optimización para encontrar soluciones que minimicen el tiempo de vulcanizado, considerando los requerimientos de demanda para cada tipo de neumático. Para lograr el objetivo planteado, se elaboró en primera instancia una formulación de programación matemática, con el fin de obtener un plan de vulcanizado de duración mínima, teniendo en cuenta la demanda de cada neumático, los tiempos de configuración, la compatibilidad entre moldes y heaters, y la cantidad de piezas disponibles. Para resolver el problema se propusieron y evaluaron tres procedimientos de resolución, basados en técnicas exactas, heurísticas e híbridas, respectivamente. El procedimiento exacto consistió en resolver la formulación matemática propuesta mediante el software CPLEX. Para instancias grandes este procedimiento no resultó adecuado debido al tiempo de cómputo requerido. El segundo procedimiento de resolución propuesto está inspirado en el funcionamiento de la meta-heurística GRASP, mediante el desarrollo de heurísticas deterministas y aleatorizadas. Con las heurísticas fue posible resolver de forma óptima el 81% de las pruebas realizadas en menos de 2 segundos de cómputo. Cabe destacar que, para instancias grandes, donde el software CPLEX no fue capaz de obtener soluciones factibles, las heurísticas encontraron soluciones en menos de 20 segundos. Por ultimo, el tercer procedimiento de resolución propuesto, está basado en combinar los métodos heurísticos y exacto desarrollados. En este caso, las heurísticas se utilizan como un estimador del tiempo necesario para llevar a cabo la vulcanización. Una buena estimación del tiempo necesario para la vulcanización es de gran ayuda para resolver la formulación matemática propuesta, ya que la cantidad de variables y restricciones del modelo dependen en gran medida del valor del horizonte de planificación. Como resultado, se obtuvieron mejoras notorias en los tiempos de ejecución por parte de CPLEX y fue posible reducir los casos donde no se podían obtener soluciones óptimas. Comparando las soluciones obtenidas con las proporcionadas por FunsaCoop para casos reales, se puede concluir que el procedimiento híbrido es capaz de obtener soluciones de muy buena calidad en un tiempo razonable de cómputo. Además de los procedimientos de resolución propiamente dichos, se desarrolló una aplicación web para facilitar la definicin del problema, carga y edición de datos, ejecución de los procedimientos de resolución propuestos con distintas configuraciones y visualización adecuada de los resultados.