A continuous time model for a short-term multiproduct batch process scheduling

Modelo de programación de la producción por lotes de múltiples productos con tiempo continuo

En la industria química es común encontrar sistemas de producción caracterizados por tener una sola etapa o una etapa cuello de botella, con múltiples estaciones paralelas, no idénticas, y con costos de preparación o alistamiento dependientes de la secuencia de producción. Este artículo propone un modelo lineal mixto de programación de la producción que busca identificar el tamaño de lote y la secuenciación de productos con el objetivo de maximizar el beneficio. Considera múltiples condiciones típicas de la industria, tales como la penalización por incumplimientos, la programación de mantenimientos preventivos de las estaciones y la disponibilidad temporal de las estaciones. El modelo se validó con datos reales de una empresa de la industria del petróleo. Buscando analizar el desempeño del modelo, se analizaron los resultados de aplicar el modelo a 155 instancias generadas aplicando simulación Montecarlo, a los datos históricos de producción de la misma compañía. Se obtuvo una reducción del 12 % en la reducción total del costo de producción y un incremento del 19 % en la utilidad estimada.

Introducción

La industria química se caracteriza por tener operaciones de producción repetitivas en las que las reacciones químicas ocurren en lotes o en flujo continuo de material líquido o gaseoso, y no en unidades discretas. Este aspecto, unido a las limitaciones de varios procesos, hace que la planificación del proceso productivo sea de una complejidad mayor que la de la industria manufacturera.

La figura 1 presenta un esquema del proceso. Una característica básica de este proceso de producción es que implica múltiples etapas, pero hay una etapa principal de cuello de botella que utiliza los recursos operativos más caros de la planta. Estos recursos son los reactores químicos, en adelante denominados unidades de procesamiento o simplemente unidades. Este hecho obliga a las demás etapas del proceso a subordinarse a estas unidades, y permite simplificar el proceso de programación a la única etapa cuello de botella como en (Marchetti & Cerdá, 2009). También requiere el uso más eficiente de estas unidades, utilizándolas a su máxima carga y minimizando los tiempos de preparación. Los tiempos de preparación suelen estar asociados a las operaciones de limpieza, los cambios de herramientas y las formas de las máquinas. Las unidades no idénticas implican diferentes capacidades y diferentes tiempos de procesamiento para un determinado producto. También implica que hay un subconjunto de unidades que pueden procesar un determinado producto. El problema de planificación también incluye la programación de las operaciones de mantenimiento.

El proceso de planificación de la producción suele incluir una etapa previa al horizonte de planificación, en la que se agrupan los distintos pedidos de un producto y, tras comprobar el estado del inventario, se determina una "demanda total de producción" para cada producto.