ISEP - DM - Engenharia e Gestão Industrial
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Recent Submissions
- Modelação preditiva baseada em algoritmos de ia para previsão de vendas no retalhoPublication . SILVA, PEDRO ALEXANDRE LOPES; Ferreira, Carlos Manuel Abreu GomesO lançamento de artigos sem histórico de vendas aumenta o risco operacional no retalho. Esta investigação propõe uma estrutura preditiva que estima a procura inicial de novos produtos a partir de 3 278 907 transações reais (2022-2024) cobrindo 14 422 SKUs, 120 lojas e dois segmentos de cliente. Seguindo o ciclo CRISP-DM, procedeu-se à limpeza dos dados, análise exploratória e engenharia de variáveis, antes de comparar quatro algoritmos — XGBoost, LightGBM, LSTM e Transformer — em cenários global e por família de produtos, avaliados com MAE, RMSE, MAPE e R². Os resultados revelam dois patamares distintos: os modelos de árvores de gradiente (XGBoost ≈ LightGBM) registam erros médios substancialmente menores e R² positivos, ao passo que as redes neuronais sequenciais (LSTM, Transformer) apresentam elevada variabilidade e R² negativos em várias famílias. O XGBoost treinado globalmente demonstra o menor RMSE ponderado e o melhor equilíbrio viés-variância, sendo recomendado como motor de previsão único para toda a gama de artigos. Esta solução simplifica a operação, mantém precisão elevada e foi integrada num protótipo de dashboard web para validação em contexto real. Conclui-se que um modelo único, alimentado pela diversidade de SKUs e lojas, generaliza padrões de procura com eficácia, oferecendo uma ferramenta prática para apoiar decisões ao nível do portefólio e de planeamento comercial e operacional.
- Desenvolvimento de um modelo de gestão de inventários para cadeias de abastecimento em ciclo fechadoPublication . SEQUEIRA, LUÍSA MESQUITA; Pereira, Maria Teresa RibeiroA crescente consciencialização dos consumidores sobre práticas ambientalmente responsáveis, juntamente com regulações impostas pelos governos, tem incentivado as empresas a incorporarem desenvolvimento sustentável na generalidade dos seus processos e operações. Consequentemente, sistemas como cadeias de abastecimento em ciclo fechado são de elevada relevância, uma vez que diminuem os recursos necessários, através da reincorporação de produtos no sistema após a venda. Contudo, estas cadeias de abastecimento apresentam desafios e dificuldades acrescidas, nomeadamente a nível de gestão de inventários. Neste contexto, a presente dissertação teve como objetivo desenvolver um modelo de gestão de inventários adaptado a cadeias de abastecimento em ciclo fechado, aplicável ao contexto real de uma empresa portuguesa da indústria de gás de petróleo liquefeito. Para atender ao desafio, foram, primeiramente, desenvolvidas previsões relativas a cinco variáveis-chave: Vendas, Retornos, Enchimentos, Recondicionamentos e Abates, tendo sido utilizados os dados reais da empresa. Na fase preditiva, foram comparados dois modelos aplicáveis a séries temporais: Prophet e Theta. O modelo Prophet apresentou melhor desempenho na previsão dos Retornos, Enchimentos e Vendas, com erro percentual médio absoluto de 8,92%, 8,83% e 10,81%, respetivamente. Para a previsão dos Recondicionamentos e Abates o método Theta revelou maior precisão, com erros de 15,79% e 23,28%, respetivamente. As previsões obtidas alimentaram o modelo de otimização, cuja função objetivo pretendia minimizar os custos totais, compostos pelos custos económicos e ambientais, através da incorporação da métrica Cap-and-Trade. A aplicação do modelo resultou numa redução de 27,17% nos custos totais, de 24,8% nos custos económicos e de 29,25% nas emissões de CO₂, face ao cenário inicial da empresa. Os resultados demonstram a aplicabilidade do modelo formulado, evidenciando o potencial de aplicação a outros contextos industriais, contribuindo para cadeias logísticas mais eficientes e ambientalmente responsáveis.
- Estudo do desempenho de um processo produtivo do ramo alimentarPublication . COELHO, CARLA RAFAELA RIBEIRO; Cardoso, Mónica GlóriaO presente trabalho incide sobre a análise e melhoria do desempenho de uma linha de produção de barras proteicas, um produto cada vez mais relevante no setor alimentar devido à crescente procura por alternativas nutricionais equilibradas. O caso de estudo, iniciou-se com uma caracterização detalhada do processo produtivo, a partir da qual foi desenvolvido um modelo de simulação no software JaamSim®, com o objetivo de identificar bottlenecks e testar diferentes cenários de melhoria. A validação do modelo baseou-se em dados reais recolhidos numa unidade fabril, garantindo a fiabilidade dos resultados obtidos. Foram analisados oito cenários, para avaliar o impacto de diferentes estratégias sobre a produtividade e a eficiência global do processo. Os quatro primeiros correspondem a alterações individuais no processo. Já os cenários 5 a 8 resultam de combinações entre as estratégias anteriores. Os resultados demonstram ganhos significativos ao nível da produtividade e da eficiência global do processo, evidenciando a utilidade da simulação como ferramenta de apoio à tomada de decisão. Este caso de estudo reforça a importância da integração de metodologias quantitativas no contexto industrial e apresenta o JaamSim® como uma solução viável e acessível para a análise e melhoria de processos produtivos.
- Smart automation in copacking and reworking: Improving customer operations in logisticsPublication . PINHO, CARLOTA TAVARES DE; Pereira, Maria Teresa RibeiroThis thesis focuses on the analysis and improvement of Co-packing and Reworking operations within a logistics environment, with the aim of enhancing both administrative and operational efficiency. Although traditionally manual and labour-intensive, these processes face increasing pressure for responsiveness and precision due to growing demand and complex supply chain dynamics. The study was conducted within Luís Simões Logística Integrada S.A. and adopts an integrated approach combining process modelling tools, technological diagnosis, and physical layout redesign. By using Value Stream Mapping (VSM) and Business Process Model and Notation (BPMN) it was possible to analyse the current state of Co-packing operations, identify bottlenecks, inefficiencies, and repetitive tasks. BPMN offered detailed insights into administrative workflows and decision-making logic, while VSM revealed operational flow and resource allocation on the shop floor. The thesis also evaluates the potential implementation of the Infor M3 ERP system, based on a Gap Analysis of the current technological infrastructure, and proposes a warehouse redesign through the construction of a mezzanine to better structure the Co-packing area. The results highlight the importance of combining digital transformation strategies with process standardization and optimization. Although the ERP implementation was not approved, the proposals presented demonstrate a clear roadmap for improving process traceability, reducing cycle times, and enabling scalability. The study concludes that data-driven decision-making, supported by the right tools and aligned with operational reality, is key to building more efficient, flexible, and resilient logistics systems.
- Desenvolvimento de ferramentas digitais para a gestão da qualidade no ISAG: integração de power apps e power BIPublication . GONÇALVES, ANA BEATRIZ MARTINS; Cardoso, Mónica GlóriaO presente projeto foi desenvolvido no âmbito da Unidade Curricular “Projeto/ Dissertação/ Estágio”, do Mestrado em Engenharia e Gestão Industrial, do Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O projeto tem como objetivo analisar e melhorar o Sistema de Gestão da Qualidade (SGQ) para o Instituto Superior de Administração e Gestão (ISAG), focando-se na melhoria da monitorização, avaliação e eficiência dos processos operacionais através da criação e implementação de uma aplicação integrada com diferentes dashboards. O estudo aborda as principais dificuldades enfrentadas pela instituição, como a fragmentação de informações, a dependência de registo manuais e a falta de uma solução integrada para a análise de dados em tempo real. O desenvolvimento deste projeto seguiu uma abordagem mista, combinando a revisão bibliográfica e o levantamento de dados sobre os processos atuais do SGQ, além de reuniões com os colaboradores-chave. Deste modo, a solução proposta inclui a criação de uma aplicação em Power Apps, combinada com dashboards dinâmicos e interativos desenvolvidos em Power BI, com o objetivo de centralizar os dados e melhorar a visibilidade e a tomada de decisões estratégicas. Em síntese, a implementação da solução melhorará significativamente a eficiência operacional, a agilidade na gestão da qualidade e a capacidade de monitorização dos indicadores-chave de desempenho (KPIs). O projeto também sugere que a solução proposta pode ser escalada para outros processos da instituição, proporcionando uma melhoria contínua no desempenho académico e administrativo.
- Desenvolvimento de um algoritmo greedy randomized adaptive search procedure para a programação de máquinas paralelas dedicadas com setups e recursos adicionais e datas de entregaPublication . Gonçalves, Nuno Diogo; Lopes, Manuel Joaquim PereiraA INPLAS, empresa pertencente à divisão de Plásticos do Grupo Simoldes e especializada na injeção de componentes termoplásticos, identificou a necessidade de aprimorar o Sistema Inteligente de Apoio à Decisão (SIAD) utilizado pelo seu Departamento de Planeamento de Produção para dar resposta ao problema de programação de máquinas paralelas dedicadas com múltiplas alternativas, setups e recursos adicionais e datas de entrega. Com esse objetivo, desenvolveu-se um novo SIAD que incorpora a consideração de máquinas alternativas e a aplicação de uma metaheurística Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP), visando aumentar a flexibilidade e a eficiência do planeamento e responder melhor às necessidades de produção. O processo de planeamento foi inicialmente estudado em profundidade, abrangendo tanto as etapas a montante quanto as etapas a jusante, com o objetivo de identificar as variáveis-chave, os inputs e os outputs essenciais para a resolução deste problema. Neste contexto, foram analisadas minuciosamente as características e restrições do processo, especialmente aquelas associadas às limitações do sistema de produção. Com uma compreensão detalhada do problema em mãos, identificaram-se potenciais oportunidades de melhoria que poderiam aumentar tanto a adaptabilidade do sistema ao ambiente de produção da INPLAS quanto a eficácia dos resultados obtidos pelo SIAD. Assim, decidiu-se que a melhoria a implementar, com o intuito de potencializar o desempenho do SIAD, seria a inclusão de máquinas alternativas no sistema, enquanto a resolução do problema de escalonamento seria abordada com a aplicação de uma metaheurística GRASP. Considerando a complexidade do problema de escalonamento em máquinas paralelas dedicadas com múltiplas alternativas, setups e recursos adicionais, classificado como NP-Hard, este trabalho desenvolve uma metaheurística GRASP adaptada, fundamentada nas melhores práticas recomendadas na literatura. A abordagem proposta oferece cinco contribuições específicas. Em primeiro lugar, adapta os modelos de referência ao introduzir uma separação inovadora entre os processos de alocação e sequenciação, permitindo que estas etapas sejam tratadas de forma independente, o que é raro em abordagens tradicionais. Em segundo lugar, integra datas de entrega comuns, o que exige a introdução de uma variável de atraso para cada trabalho e de uma função multiobjetivo, com foco na minimização do número de trabalhos em atraso, assegurando o cumprimento dos prazos estabelecidos. Adicionalmente, a metaheurística GRASP foi adaptada para um sistema de produção contínua, em que os trabalhos inacabados do dia anterior são sequenciados na primeira posição do dia seguinte, refletindo de forma mais realista o ambiente produtivo. Por fim, ajustou-se uma heurística construtiva original, que utiliza um coeficiente exclusivo para classificar as posições de inserção dos trabalhos nas soluções parciais, visando não apenas a minimização dos atrasos, mas também a redução do número de setups e do makespan total. Os resultados obtidos demonstram a eficácia da metaheurística GRASP no apoio ao Sistema Inteligente de Apoio à Decisão (SIAD), com uma taxa média de cumprimento de prazos de 96,9% ao escalonar 396 dos 409 trabalhos planeados dentro do prazo. Nas cinco melhores instâncias, a taxa de cumprimento atinge 98%, evidenciando a robustez do GRASP em minimizar atrasos. A alocação inicial assegura a inclusão de 98,6% dos trabalhos solicitados, o que reflete uma elevada capacidade de resposta às necessidades dos clientes. Em termos computacionais, o tempo médio de processamento é de 22 minutos por instância, confirmando a viabilidade do SIAD para aplicações em ambientes de produção real. À data de conclusão do projeto, o SIAD está pronto para ser integrado na interface do sistema atual. Inicialmente, será implementado no sistema de produção da INPLAS, com a possibilidade de, após adaptações mínimas, ser expandido para outras fábricas do Grupo Simoldes.
- Problema de escalonamento num sistema flexible job-shopPublication . Correia, Renata Filipa Morim; Mota, Alzira Maria Teixeira daO presente trabalho estuda o escalonamento em sistemas Job-Shop flexíveis com divisão de lotes, motivado por um problema real da indústria têxtil. Inicialmente, foi apresentado um modelo de programação linear inteira mista, com o objetivo de minimizar o tempo de conclusão de todos os trabalhos, utilizando a técnica de job-splitting, que possibilita a divisão de um lote em sublotes para operações com múltiplas máquinas disponíveis. Este modelo, implementado em Python com a biblioteca Pulp e o solver CPLEX, mostrou-se viável para instâncias pequenas, mas revelou-se incapaz de encontrar soluções em tempos aceitáveis para instâncias de média dimensão. Para superar esta limitação, é proposto um Algoritmo Genético Híbrido, que incorpora um algoritmo de pesquisa local para otimizar tanto o número quanto o tamanho dos sublotes. A meta-heurística, também desenvolvida em Python, foi testada em diversas instâncias, apresentando resultados promissores em termos de tempo de CPU. Em avaliações de instâncias reais da indústria têxtil, foi observado um tempo de CPU de aproximadamente 20 minutos para uma instância com 57 trabalhos e 35 minutos para uma com 67 trabalhos. Adicionalmente, foi explorada a técnica de lot streaming, que permite a divisão de trabalhos em sublotes tratados de forma independente ao longo do processo produtivo. Um modelo de programação linear inteira mista foi apresentado e implementado, e, embora os resultados obtidos tenham superado os do job-splitting, este modelo mostrou-se inviável para algumas instâncias devido aos tempos computacionais. Este trabalho destaca a importância das técnicas desenvolvidas e evidencia que a aplicação de meta-heurísticas pode facilitar a obtenção de soluções eficientes para problemas de escalonamento na indústria, em particular, no setor têxtil.
- Escalonamento de trabalhos com trocas de ferramentasPublication . Santos, Renata da Costa; Mota, Alzira Maria Teixeira daEste trabalho tem como principal objetivo resolver o problema de escalonamento de trabalhos em máquinas paralelas com trocas de ferramentas, considerando ainda setups dependentes da sequência e recursos adicionais. Este estudo surgiu de um problema real, de uma empresa do ramo metalúrgico, que produz ferramentas de alta precisão. Em primeiro lugar, foi desenvolvido um novo modelo de programação linear inteira mista, com o objetivo de minimizar o makespan, isto é, o tempo de conclusão de todos os trabalhos. O modelo foi implementado em Python através da biblioteca Pulp e do solver CPLEX. Os resultados demonstraram que este método é uma boa escolha para instâncias de menor dimensão, devido à boa qualidade das soluções e ao baixo tempo computacional, menos de 1 segundo para uma instância com 3 trabalhos e cerca de 2 minutos para uma instância com 14 trabalhos. Contudo, não conseguiu fornecer soluções viáveis para instâncias maiores em tempos computacionais aceitáveis. Por forma a ultrapassar essa limitação, implementou-se o Simulated Annealing, uma metaheurística que se diferencia das outras pelo facto de aceitar soluções piores com base em probabilidades. Foram incorporadas outras características do problema que não tinham sido desenvolvidas no modelo matemático, como a restrição de operadores para as etapas de setup. Esta meta-heurística também foi implementada em Python e foram realizados vários cenários de teste com objetivos diferentes e alguns casos de multiobjectivo. Os resultados da sua implementação demonstraram admissibilidade e estabilidade das soluções, denotando uma boa parametrização realizada. Este método permitiu encontrar soluções para as instâncias de maiores dimensões e em tempo computacional razoável para a indústria. Por exemplo, para uma instância real da indústria metalúrgica com 10 máquinas, 33 trabalhos e 40 ferramentas, o tempo computacional foi aproximadamente de 15 minutos. Por fim, foi ainda desenvolvida uma heurística construtiva com base numa regra de ordenação dos trabalhos, colocando em primeiro aqueles que requerem mais ferramentas. Esta heurística necessita do input prévio da atribuição dos trabalhos às máquinas. Os resultados refutaram a ideia que colocando primeiramente os trabalhos com mais ferramentas, se evitavam trocas ao longo do processo. Na maioria dos casos, os resultados não foram melhores em relação à solução gerada pela meta-heurística sob as mesmas condições de objetivo de minimização do número de trocas de ferramentas. Este trabalho fornece algumas contribuições relevantes, nomeadamente a proposta de um novo modelo matemático e a evidência que as meta-heurísticas podem ser muito úteis na resolução deste tipo de problemas de escalonamento em ambiente industrial.
- Otimizando a sustentabilidade: gestão de emissões de gases de efeito de estufa com recurso a low-codePublication . Carvalho, Patrícia Isabel Ribeiro; Araújo, Susana Cláudia Nicola deA presente dissertação foi desenvolvida no âmbito da Unidade Curricular “Projeto/ Dissertação/ Estágio”, do Mestrado em Engenharia e Gestão Industrial, do Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Superior de Engenharia do Porto. O trabalho explora a implementação de uma plataforma desenvolvida com recurso a Low-code para otimizar o cálculo, monitorização e gestão de emissões de Gases com Efeito de Estufa (GEE) da Efacec. A capacidade de uma empresa reportar com precisão o seu Inventário de GEE é essencial para garantir vantagem competitiva no mercado. A sustentabilidade e, em particular, a temática das emissões de GEE, tornou-se, em anos recentes, um fator decisivo na escolha de fornecedores. Reconhecendo a imperatividade de enfrentar com urgência as alterações climáticas, bem como responder aos crescentes pedidos dos clientes, a Efacec uniu-se ao movimento “Business Ambition for 1.5ºC” da Organização das Nações Unidas, estabelecendo publicamente o acordo de atingir zero emissões líquidas até 2050 de acordo com critérios da Science Based Targets initiative. No entanto, a organização enfrentava desafios com o seu processo de cálculo do inventário de GEE, que era ineficiente em termos de tempo e resultava em dados imprecisos. Através de uma abordagem metodológica baseada em investigação-ação, foi conduzido um levantamento detalhado das necessidades internas da empresa, além de uma análise das principais ferramentas de mercado, que revelaram uma falta de flexibilidade adequada a organizações com a complexidade da Efacec. O objetivo deste trabalho foi, então, desenvolver uma aplicação destinada a otimizar este processo, aprimorando a eficiência, precisão e personalização no controlo das emissões. A solução proposta possibilitou uma nova abordagem para o cálculo global do Inventário de GEE, incorporando funcionalidades de monitorização em tempo real, dashboards e personalização. A aplicação foi testada por colaboradores da Efacec, que avaliaram módulos específicos de acordo com os seus perfis, resultando numa satisfação global de 84%. A avaliação do potencial de crescimento e adaptação da ferramenta, em consonância com a evolução da empresa, obteve uma classificação de 92%. Em suma, a solução desenvolvida não só aumentará a eficiência e a precisão do Inventário de GEE, como também atenderá à crescente procura dos clientes por práticas sustentáveis, possibilitando respostas mais ágeis. Apesar das limitações encontradas durante o desenvolvimento, a solução revelou-se eficaz e inovadora, com potencial para beneficiar outras empresas que enfrentam desafios semelhantes.
- Implementação de modelo integrado de gestão multi-projeto em empresa de fornecimento de soluções técnicas para a realização de pontes e viadutosPublication . Seco, Mafalda Gomes; Bastos, João Augusto de SousaNo presente documento para obtenção do grau de mestre em Engenharia e Gestão e Industrial é apresentado o tema da gestão multi-projeto. O principal objetivo desta dissertação é a implementação de um Modelo Integrado de Gestão Multi-projeto com foco na melhoria do cumprimento de prazos de entrega e gestão dos recursos produtivos, desafios dos quais a empresa enfrentava. Este modelo é desenvolvido através da compreensão de oito principais componentes, sendo estas a Gestão da Estratégia, Gestão de Portfólio, Gestão de Recursos, Gestão de Stakeholders, Gestão de Tempo, Gestão de Risco, Gestão de Custos e Gestão de Qualidade, com foco em apenas três. Através da pesquisa bibliográfica e alguma experiência obtida durante o estágio, os componentes acima mencionados foram adaptados tornando a gestão multi-projeto mais eficiente e flexível. Apesar da implementação possível do modelo ter sido apenas um teste, foi possível observar várias melhorias. A empresa obteve uma visão geral e clara dos projetos, facilitando a tomada de decisão e identificação de problemas/atrasos. Este trabalho contribui para o sucesso num ambiente desafiador e competitivo, oferecendo indicações práticas e adaptáveis para aqueles que procuram melhorias na gestão multi-projeto.