ISEP - DM - Engenharia e Gestão Industrial
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- 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.
- Impacto das ferramentas lean para a melhoria do processo produtivo de uma empresa gráficaPublication . Costa, José Eduardo dos Santos; Sá, José Carlos Vieira deAs empresas enfrentam o desafio contínuo de reduzir custos e aumentar a competitividade, sem comprometer a qualidade ou sobrecarregar os trabalhadores. A otimização dos processos produtivos surge, assim, como uma solução eficaz para alcançar esses objetivos. No contexto da indústria gráfica, onde o desperdício de papel é uma preocupação crítica, a adoção de práticas Lean emerge como uma abordagem promissora para minimizar desperdícios, melhorar a eficiência operacional e promover a sustentabilidade. Esta dissertação procura responder à questão: “Como a aplicação das ferramentas Lean podem reduzir o desperdício de papel no processo de impressão rotativa de forma eficiente, produtiva e sustentável?”. O objetivo principal é analisar o impacto da aplicação das ferramentas Lean na indústria gráfica, focando-se na redução do desperdício de papel, uma matéria-prima essencial para a atividade económica deste setor. A investigação foi conduzida utilizando a metodologia de investigação Investigação-Ação, que permitiu uma abordagem prática e colaborativa para a resolução do problema. A pesquisa iniciouse com a aplicação da ferramenta Value Stream Mapping (VSM), que permitiu mapear o fluxo de valor desde a receção da matéria-prima até à impressão final, identificando, em conjunto com os colaboradores, as entradas, saídas e os processos envolvidos. Para atingir os objetivos propostos, foi utilizada a ferramenta Single Minute Exchange of Die (SMED), em conjunto com a padronização das tarefas de setup. O SMED facilitou a redução do tempo de preparação das máquinas, através da identificação e separação das tarefas internas e externas. Os resultados mostraram que é possível obter a redução de 15,8% e 7,4% no tempo de preparação das máquinas M600 e Lithoman, respetivamente, resultando numa poupança anual de 175 455,71€. Esta redução faz com que aumente a disponibilidade das máquinas de impressão rotativa em cerca de 1,1% e 1,9%, permitindo que estas fiquem mais tempo disponíveis para novos trabalhos. Além disso, a padronização das tarefas de setup realizadas nas máquinas paralelamente à melhoria das competências dos colaboradores (técnicas e de liderança), possibilita uma redução de 14% no desperdício de papel na máquina M600 e 23% na máquina Lithoman, resultando numa diminuição global de 12,6% do desperdício da empresa. Estas reduções equivalem a uma poupança adicional de 157 214,40€, uma vez que são consumidos menos 165 489 kg de papel e, por isso, evitadas 14 toneladas de emissões de dióxido de carbono para a atmosfera. Os resultados evidenciam que a aplicação de ferramentas Lean na indústria gráfica não só melhora a eficiência operacional e reduz custos, como também promove práticas mais sustentáveis, aumentando a competitividade e responsabilidade ambiental da organização.
- A decision support system for the university course timetabling problem at ISEP-DEMPublication . Fernandes, Isa Lara da Silva; Lopes, Manuel Joaquim PereiraIn this work, a decision support system (DSS) has been developed to support the creation of academic timetables at the Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP), addressing the problem of university course timetabling. The DSS was designed to handle the scheduling of all years and regimes (day and evening) of undergraduate and postgraduate courses in the Department of Mechanical Engineering. The motivation behind this project was to automate and optimise the timetabling process, which is currently done manually at ISEP. This manual process is complex, time consuming and requires significant effort from the faculty to create schedules based on historical data. The solution used an integer mathematical programming approach, implemented using the Python programming language in conjunction with the CPLEX solver and the Pyomo library. The DSS was designed to integrate real-world data and handle a variety of constraints and preferences from both faculty and students. It aimed to reduce the time and human resources required to create the timetable. The results show that the DSS provides feasible and efficient solutions for timetabling, significantly improving the resource allocation process and reducing manual effort. The successful implementation for two specific degrees suggests that the approach can be further developed to meet the scheduling needs of all degrees at ISEP, ultimately streamlining the scheduling process and meeting future demands.
- Aplicação de ferramentas Lean numa empresa de panificação e estudo do impacto na produtividade e na segurança da empresaPublication . Meireles, Irene Maria Mendes; Sá, José Carlos Vieira deEsta dissertação, desenvolvida em colaboração com a empresa Panike no âmbito do 2º ano de Mestrado em Engenharia e Gestão Industrial do Instituto Superior de Engenharia do Porto, tinha como desiderato a aplicabilidade prática de conhecimentos académicos na resolução de problemas reais e significativos para a empresa. Com a metodologia Action-Research, caracterizada pela integração da ação e pesquisa, verificou-se a resolução de problemas e a aquisição de um conhecimento mais abrangente. A análise detalhada da situação atual da empresa, utilizando o VSM identificaram-se vários desafios no fluxo produtivo, proporcionando uma visão holística dos processos e das dificuldades enfrentadas. Na linha de produção Konig, foram identificados elevados níveis de risco para os colaboradores nas áreas do armazém de matérias-primas e expedição, afetando negativamente as atividades dos colaboradores. Na área das amassadeiras, a falta da normalização das tarefas contribuiu para a desmotivação e cansaço dos colaboradores. De forma análoga, na linha de produção Fritsch 3, foram observados desafios, como a ausência de standards, elevadas durações nas mudanças de produto, desorganização na sala de lavagens e um elevado índice de desperdício. Além disso, a comunicação entre os turnos demonstrou ser ineficiente, necessitando de melhorias substanciais. Como resposta aos problemas identificados, foram desenvolvidas melhorias fundamentadas na metodologia Lean, priorizadas com base no impacto que teriam no quotidiano da empresa. A adoção do daily kaizen permitiu a participação ativa dos colaboradores nas iniciativas realizadas no gemba. No âmbito da resolução estruturada de problemas, focou-se especificamente no desperdício associado ao produto “Bola M”, alcançando-se a eliminação total das reclamações e uma redução de 55.3% no desperdício relativamente à produção total. A implementação da metodologia SMED, auxiliada pelo standard work, resultou na redução de 53% das distâncias percorridas e 35% na duração das trocas de produto com sementes, contribuindo para um aumento de 4.89% na produtividade. O standard work inserido nas linhas Konig e Fritsch 3 gerou aumentos da produtividade de 1.45% e 1.95%, respetivamente. A metodologia 5s promoveu uma melhor organização do espaço, com a reestruturação do layout, enquanto a gestão visual inserida ao longo da linha Fritsch 3 facilitou a identificação de pontos críticos, garantindo uma higienização regular e a eficiência do processo produtivo. Adicionalmente, a aplicabilidade das ferramentas lean contribuíram para um impacto positivo na segurança dos colaboradores, com a redução dos níveis de cansaço, fadiga e stress e o aumento a produtividade da empresa.
- Método de avaliação do nível de resiliência de uma cadeia de abastecimento global: Caso de estudoPublication . Ferreira, Gustavo José Almeida; Amaral, António Manuel Pereira da SilvaEste projeto vem no âmbito da finalização do mestrado de engenharia e gestão industrial pelo Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). Concentra-se, essencialmente, no estudo do conceito de resiliência e como este influencia e é perspetivado pelas organizações nos dias de hoje. Num mundo cada vez mais disruptivo, as organizações, nomeadamente as cadeias de abastecimento, precisam de analisar internamente as suas operações e perceber se estas são robustas o suficiente para evitar paragens totais. Relativamente à revisão da literatura, foram introduzidos, inicialmente, conceitos sobre as cadeias de abastecimento e os riscos associados às mesmas. Após isso, foram expostas as principais definições de resiliência e quais os indicadores-chave mais vezes identificados pelos autores. Foram identificadas as características mais específicas dos vários tipos de cadeias de abastecimento e algumas estratégias apontadas como eficientes no tipo de mercado em causa. Em seguida, foram mencionadas várias abordagens de diferentes estratégias de mitigação de riscos, bem como, que métodos de avaliação existem tanto em termos quantitativos como qualitativos da resiliência. Posteriormente, apresentou-se o modelo de gestão de resiliência CERT-RMM (Resilience management Model), escolhido para servir de base ao estudo de caso prático, e também a ISO (International Organization for Standardization) 22301. Relativamente ao estudo de caso prático, foi descrito, de forma breve, a organização estudada: líder mundial em roupa desportiva, bem como que metodologia foi usada para o desenvolvimento da ferramenta e quais as suas principais características (Componente chave, grau de prioridade, método de avaliação, sugestões finais). As respostas obtidas foram dadas por especialistas da cadeia de abastecimento, que realizam processos em diferentes vertentes e regiões do globo. Como resultados, foram identificados vários casos validados pela literatura já existente. Em áreas associadas a países desenvolvidos, destacaram-se como forças: o desenvolvimento tecnológico, a gestão de recursos financeiros e análise e resolução de vulnerabilidades. Já ao nível dos mercados emergentes destacou-se, essencialmente, a fraca maturidade ao nível de conformidade, gestão de dependências externas e gestão de recursos financeiros. Relativamente aos especialistas com processos globais, salientou-se o bom desenvolvimento na digitalização de processos como, por exemplo, a monitorização, a gestão tecnológica e análise e resolução de vulnerabilidades. Como fraquezas as áreas de comunicação e conformidade foram as avaliadas como mais fracas, devido, entre várias razões, à complexidade da cadeia como um todo.
- Otimização das paragens produtivas de uma máquina de injeção através de manutenção preditivaPublication . Rebelo, Daniel Alexandre Martins; Moreira, Joaquim Augusto GonçalvesEste projeto de mestrado foca-se na implementação de uma estratégia de manutenção preditiva aplicada na máquina de injeção ENGEL 1100 da Simoldes Plásticos, uma empresa do grupo Simoldes, com o objetivo de reduzir paragens produtivas não planeadas e otimizar a eficiência operacional. O projeto iniciou-se com uma revisão bibliográfica detalhada sobre os conceitos de manutenção preditiva e a sua importância na Indústria 4.0, incluindo uma análise das técnicas mais utilizadas, como a análise de vibrações e monitorização de parâmetros em tempo real. A metodologia adotada foi a Action Research, que permitiu realizar um plano de ação baseado na identificação de componentes críticos, nomeadamente as resistências elétricas do bico de injeção e o acoplamento motor-bombas. Foram monitorizados sinais elétricos e implementados acelerómetros e sensores indutivos, conectados a uma ferramenta de diagnóstico avançada, que monitoriza continuamente a condição dos componentes. Os dados recolhidos são analisados em tempo real e o sistema foi integrado ao software de gestão da manutenção da empresa, através e uma aplicação de processamento de dados desenvolvida em linguagem Python, permitindo intervenções rápidas e precisas. Os resultados obtidos mostram que a aplicação da manutenção preditiva na Simoldes Plásticos pode levar a uma redução significativa das paragens produtivas e dos custos associados, melhorando a fiabilidade e a longevidade dos equipamentos. O trabalho contribui para a modernização dos processos de manutenção na indústria automotiva, posicionando a Simoldes como uma empresa inovadora e competitiva, capaz de atender às exigências do mercado com eficiência e qualidade.