Modelos e métodos de otimização para apoio à tomada de decisão no planejamento agrícola da cultura de laranja

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Tavares, Cassiano
Orientador(a): Munari, Pedro lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção - PPGEP
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/20.500.14289/22865
Resumo: The 2024/25 Brazilian orange harvest is already considered the smallest in the past 30 years. This is due to a 25% drop in orchard production in the state of São Paulo and other factors such as the spread of phytosanitary diseases, a shortage of rainfall (31% lower than expected for the period), a reduction in fruit size, and a decrease in the rate of mature fruit drop. This entire scenario has led to a rise in fruit prices and a slowdown in global orange juice consumption. As a result, Brazil’s position as the world’s largest producer of oranges and orange juice since 1980 could be shaken in the medium term if no solutions are found to support strategic decisions, such as planting orange trees to meet the demands of previously signed international contracts. To face these challenges, this thesis proposes an innovative mathematical model to formally support the optimization of strategic planning for orange planting, taking into account specific characteristics of this crop, such as varietal balance in production and the control of plant age groups. The operational requirements were defined in partnership with one of the world’s largest orange juice producers and validated through computational experiments using instances based on real data. The computational results revealed several advantages of using the proposed model to support decision-making, further indicating that annual production could increase by an average of 50.59% from the ninth year until the end of the planning horizon, while meeting the company’s essential and desirable requirements. However, significant difficulty was observed in obtaining optimal solutions of the proposed model due to the complexity and scale of the real-world problem. To reduce response time, matheuristics were explored, offering reasonable solutions. Moreover, to handle conflicting objectives that arise in practice, Multiobjective Optimization techniques were applied. With these advances, this work provides practical and strategic solutions for Brazilian producers to face adversities and maintain competitiveness in the global market.
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This is due to a 25% drop in orchard production in the state of São Paulo and other factors such as the spread of phytosanitary diseases, a shortage of rainfall (31% lower than expected for the period), a reduction in fruit size, and a decrease in the rate of mature fruit drop. This entire scenario has led to a rise in fruit prices and a slowdown in global orange juice consumption. As a result, Brazil’s position as the world’s largest producer of oranges and orange juice since 1980 could be shaken in the medium term if no solutions are found to support strategic decisions, such as planting orange trees to meet the demands of previously signed international contracts. To face these challenges, this thesis proposes an innovative mathematical model to formally support the optimization of strategic planning for orange planting, taking into account specific characteristics of this crop, such as varietal balance in production and the control of plant age groups. The operational requirements were defined in partnership with one of the world’s largest orange juice producers and validated through computational experiments using instances based on real data. The computational results revealed several advantages of using the proposed model to support decision-making, further indicating that annual production could increase by an average of 50.59% from the ninth year until the end of the planning horizon, while meeting the company’s essential and desirable requirements. However, significant difficulty was observed in obtaining optimal solutions of the proposed model due to the complexity and scale of the real-world problem. To reduce response time, matheuristics were explored, offering reasonable solutions. Moreover, to handle conflicting objectives that arise in practice, Multiobjective Optimization techniques were applied. With these advances, this work provides practical and strategic solutions for Brazilian producers to face adversities and maintain competitiveness in the global market.A safra de laranjas do Brasil do ano de 2024/25 já é considerada a menor dos últimos 30 anos. Isso se deve à queda na produção dos pomares do estado de São Paulo em 25% e a outros fatores como a propagação das doenças fitossanitárias, escassez de chuvas (31% menor do que previsto para o período), diminuição do tamanho das frutas e diminuição da taxa de queda dos frutos maduros. Todo este panorama promoveu uma alta no preço da fruta e uma desaceleração no consumo de suco de laranja em nível mundial. Com isso, a posição do Brasil como maior produtor de laranjas e suco de laranja desde 1980 pode ser abalada no médio prazo caso não haja soluções para dar suporte a decisões estratégicas como o plantio de laranjas para o atendimento das demandas de contratos internacionais firmados anteriormente. Para enfrentar esses desafios, este trabalho propõe um modelo matemático inovador para dar suporte formal à otimização do planejamento estratégico do plantio de laranjas, considerando características específicas dessa cultura, como o equilíbrio varietal da produção e o controle de grupos etários das plantas. Os requisitos operacionais foram levantados em parceria com um dos maiores produtores mundiais de suco de laranja e validados por meio de experimentos computacionais usando instâncias baseadas em dados reais. Os resultados computacionais apontaram diversas vantagens em se usar o modelo proposto no apoio à tomada de decisão, indicando ainda que a produção anual pode ser incrementada, em média, em 50,59% a partir do nono ano até o final do horizonte de planejamento, atendendo aos requisitos essenciais e desejáveis definidos pela empresa. Entretanto, observou-se uma dificuldade elevada para se obter soluções ótimas do modelo proposto, devido à complexidade e dimensão do problema a ser resolvido considerando a situação real. Para diminuir o tempo de resposta, matheurísticas foram exploradas, oferecendo soluções razoáveis. Além disso, para tratar objetivos conflitantes que surgem na prática, técnicas de Otimização Multiobjetivo foram exploradas. Com esses avanços, este trabalho oferece soluções práticas e estratégicas para produtores brasileiros enfrentarem as adversidades e manterem a competitividade no mercado global.porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia de Produção - PPGEPUFSCarhttps://doi.org/10.1016/j.compag.2024.109052Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessOptimizationStrategic planningPlanting approachCitrucultureMathematical modelOperation research applied in agricultureENGENHARIAS::ENGENHARIA DE PRODUCAO::PESQUISA OPERACIONALOtimizaçãoPlanejamento estratégicoAbordagem de plantioCitriculturaModelo matemáticoPesquisa Operacional em AgriculturaModelos e métodos de otimização para apoio à tomada de decisão no planejamento agrícola da cultura de laranjaOptimization models and methods to support decision making in agricultural planning for orange cropsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALCassiano_Tavares_Defesa.pdfCassiano_Tavares_Defesa.pdfapplication/pdf9955179https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a15aa06a-f316-4787-b88f-445e443f70d3/downloadedcf536c1d15f28a233f87a07b4f5599MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/86eba84d-2584-47b3-bc61-8d9a7426f743/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD52falseAnonymousREADTEXTCassiano_Tavares_Defesa.pdf.txtCassiano_Tavares_Defesa.pdf.txtExtracted texttext/plain103127https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/744ea061-7358-496e-b219-7325653ebdec/download1c54a72c54f62ede61367f848db164b8MD53falseAnonymousREADTHUMBNAILCassiano_Tavares_Defesa.pdf.jpgCassiano_Tavares_Defesa.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg3757https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/a3bdfaf8-8a74-4b3d-a6bf-b4cdf5751a8b/download15952b0d6afc14cfd3b77c6d64a095d1MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/228652025-10-04T03:10:01.398390Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22865https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-10-04T03:10:01Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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