Planejamento integrado de produção-distribuição de cadeias de suprimentos petrolífera. - Neiro, Sergio Mauro da Silva (2003)
Na literatura, são encontrados modelos de otimização envolvendo o planejamento e programação da produção de vários subsistemas da cadeia de suprimentos petrolífera tais como campos de exploração de petróleo, suprimento de petróleo à refinarias, operação de refinarias e distribuição de derivados. Os principais objetivos do presente trabalho são desenvolver uma estrutura geral para representar cadeias de suprimentos petrolíferas e técnicas que sejam eficientes para resolver os problemas resultantes. Inicialmente, focaliza-se sobre o desenvolvimento de um modelo de planejamento de produção multiperíodo para uma única refinaria. O modelo é baseado no trabalho de Pinto e Moro (Braz. J. Chem. Engng, 17, 4-7, p. 575-585, 2000), quem propôs uma estrutura geral para modelar refinarias que inclui relações não-lineares. De acordo com esta abordagem, cada unidade é representada como uma entidade e a topologia completa de uma refinaria é definida através de conexões de correntes intermediárias. A não-linearidade surge principalmente nas equações de mistura e cálculo de propriedades físicas. Em seguida, incertezas são incluídas ao modelo multiperíodo para abranger a natureza estocástica envolvida no gerenciamento da indústria petroquímica. O planejamento de produção de longo prazo para complexos de refino também é construído baseado na estrutura geral proposta no trabalho de Pinto e Moro. Neste caso, três elementos básicos são identificados na cadeia de suprimentospetrolífera, a saber: unidade de processo, tanques de armazenagem e oleodutos, os quais são matematicamente representados como uma simplificação da estrutura geral de Pinto e Moro. O agrupamento destes elementos de acordo com a organização específica de cada nó da cadeia é capaz de representar refinarias, terminais e redes de oleodutos. ) No complexo, os produtos finais das refinarias são transportados através de oleodutos para terminais e dos terminais para os consumidores. O petróleo bruto é suprido dos terminais e destes para as refinarias num caminho inverso. O principal problema que surge em modelos de planejamento de produção de longo prazo, diz respeito ao aumento do número de variáveis e restrições com o aumento do horizonte de planejamento. Em alguns casos, os modelos de planejamento apresentam uma representação em blocos, os quais estão conectados por algumas poucas variáveis e/ou restrições. Tais modelos podem ser vistos como um problema \"fácil\" que se torna complicado por um conjunto de poucas variáveis e/ou restrições. Ao se dualizar estas restrições, produz-se um problema Lagrangeano que é mais fácil de resolver e cujo valor ótimo é um limite inferior/superior (para minimização/maximização) do valor ótimo do problema original. Para problemas de planejamento de produção, isto implica que se as restrições que conectam períodos de tempo adjacentes são dualizadas, um número NT de problemas de planejamento de produção independentes podem ser resolvidos, ondeNT é o número de períodos de tempo considerado. Estudos dos modelos de planejamento revelam que o esforço computacional para resolver os modelos de planejamento de produção de refinarias cresce exponencialmente com o número de períodos. Portanto, para se resolver problemas ao longo de horizontes de planejamento extensos, a Decomposição Lagrangeana e a Relaxação Lagrangeana/surrogate são propostas para reduzir o tempo de solução através de uma decomposição temporal. Estudos teóricos indicam que ambos os métodos fornecem melhores limites para o problema original. ) Diferentes estratégias são então propostas para resolver o problema de planejamento de produção do modelo de uma única refinaria baseadas em variantes do método de Decomposição Cruzada (Van Roy, Mathematical Programming, 25, p. 46-63,1983) em combinação com Decomposição Lagrangeana (Guignard e Kim, Oper. Res., 21, 4, p. 307-323, 1987), Relaxação Lagrangeana/surrogate (Lorena e Narciso, Eur. J. Oper. Res., 138, p. 473-483, 2002) e métodos de otimização do subgradiente (Maravelias e Grossmann: Ind. Eng. Chem. Res., 40, p. 6147-6164, 2001; Fumero: Comp. Oper. Res., 28, p. 33-52, 2001). A estratégia mais eficiente é então empregada na resolução do caso do modelo da cadeia de suprimentos petrolífera. A comparação do tempo de solução do modelo original para um única refinaria resolvido com o solver DICOPT e os encontrados com os algoritmos propostos que empregam decomposição mostraram uma redução de até 86% para as estratégias propostas, considerando horizontes de planejamento de até 20 períodos de tempo. Os resultados do modelo contemplando a cadeia de suprimentos mostraram uma redução de até 75% para a estratégia proposta, considerando horizontes de planejamento de até 3 períodos de tempo.