Problema de corte de estoque unidimensional com controle de pilhas abertas aplicado à produção de perfis de aço

Abstract

Essa dissertação trata de uma extensão do Problema de Corte de Estoque (CSP, do inglês Cutting Stock Problem) que surge em ambientes industriais nos quais a definição dos padrões de corte e a sequência de seu processamento impactam diretamente o fluxo produtivo, o manuseio de materiais e a ocupação de espaço. Apesar de sua relevância prática, a literatura ainda é limitada, especialmente no que se refere a aplicações industriais reais e a modelos que integrem decisões de corte, sequenciamento e restrições operacionais. Neste trabalho, é estudado um problema integrado de corte de estoque unidimensional com controle de pilhas abertas, aplicado a uma indústria do setor siderúrgico que produz perfis estruturais dobrados a partir de chapas metálicas. O objetivo é atender à demanda de produção minimizando o número de chapas utilizadas, respeitando restrições relacionadas ao número máximo de pilhas abertas e à capacidade máxima do processo de dobra. Para isso, é proposto um modelo de programação linear inteira que integra decisões de corte, sequenciamento dos padrões e controle dinâmico das pilhas abertas, considerando características operacionais específicas do processo produtivo analisado. A abordagem difere de modelos clássicos ao incorporar explicitamente a etapa de dobra, o que implica na redefinição da duração das pilhas abertas. Resultados computacionais obtidos a partir de dados reais, fornecidos por uma empresa parceira, indicam que o modelo é capaz de gerar soluções factíveis e eficientes, reduzindo desperdícios de matéria-prima e melhorando a produção da indústria. Os experimentos também evidenciam a sensibilidade das soluções em relação aos parâmetros operacionais, destacando a importância de uma modelagem integrada para apoio à tomada de decisão em ambientes industriais reais.

This dissertation addresses an extension of the Cutting Stock Problem (CSP) that arises in industrial environments where the choice of cutting patterns and the order in which they are processed directly affect the production flow, material handling, and space usage. Despite their practical importance, the existing literature is still limited, especially regarding real industrial applications and models that integrate cutting, sequencing, and operational constraints. This work studies an integrated one-dimensional cutting stock problem with control over the number of open stacks, applied to a steel industry that produces bent structural profiles from metal sheets. The objective is to meet production demand while minimizing the number of sheets used, subject to constraints on the maximum number of open stacks and the maximum bending capacity. To achieve this, an integer linear programming model is proposed that integrates cutting decisions, pattern sequencing, and dynamic control of open stacks, taking into account specific operational characteristics of the analyzed production process. The proposed approach differs from classical models by explicitly incorporating the bending stage, which leads to a redefinition of how open stacks are defined and how long they remain open. Computational results obtained using real data provided by the partner company show that the model is able to generate feasible and efficient solutions, reducing material waste and improving production efficiency. The experiments also highlight the sensitivity of the solutions to operational parameters, reinforcing the importance of integrated modeling to support decision-making in real industrial environments.