Controle preditivo para cadeias de suprimento na indústria de petróleo, gás e biocombustíveis

Abstract

Neste trabalho são abordados estudos de controle preditivo para o controle de estoques em cadeias de suprimentos. Uma cadeia de suprimento é um processo de fabricação integrado, em que as matérias-primas são convertidas em produtos finais entregues aos clientes. Processos de cadeias de suprimento podem ser matematicamente modelados, apresentando características de atraso de tempo, muitas vezes elevado, e dinâmicas integradoras. O problema de fato com o atraso são as limitações físicas, que não permitem que produtos sejam produzidos ou entregues até o decorrer dos tempos de atraso após a recepção dos pedidos. São tempos de espera presentes na dinâmica do modelo. O controle preditivo oferece flexibilidade em termos de troca de informação, topologias de rede e manipulação de restrições. Além disso, o controle preditivo trabalha sob otimização de objetivos. Objetivos que podem ser projetados para considerar informações econômicas, como também levar em conta objetivos mais comuns da teoria de controle, como rastreamento de referências, e especificações dinâmicas de suas variáveis. Dessa maneira, o problema pode ser escalado para manter níveis de estoque dentro de certos valores pré-determinados e, ao mesmo tempo, proporcionar um funcionamento economicamente ideal no processo de fabricação; em outras palavras, evitar mudanças rápidas no ritmo de produção e, ao mesmo tempo, evitar quantidades indesejáveis de produtos em estoque. Assim, foram desenvolvidas duas estratégias de controle, sendo a primeira baseada no controlador preditivo generalizado conhecido como GPC. A segunda estratégia de controle utilizada neste trabalho consistiu no aproveitamento da estrutura de compensação de atraso no preditor do GPC, implementando o algoritmo conhecido como DTC-GPC. Foram realizados ensaios de simulação usando coordenações centralizada e descentralizada dos controladores, funcionando em condições ideais e sob a presença de perturbações e incertezas. Os resultados obtidos mostram que os controladores DTC-GPC podem ter um impacto significativo e positivo sobre o controle dos níveis de estoque e, ao mesmo tempo, satisfazer as demandas do mercado.<br>

Abstract : This work addressed predictive control studies for inventory control in supply chains. A supply chain is an integrated manufacturing process, in which raw materials are converted into finished products delivered to customers. Supply chain processes can be mathematically modeled, using integrative models with delay time. The real problem with the delay are the physical limitations that do not allow products to be produced or delivered instanteneouly by the course of the delay times of receipt of applications. Moreover, waiting times are present in the dynamic model. The model predictive control provides flexibility in terms of information exchange, network topologies and handling constraints. Moreover, the predictive control works under optimization goals. Goals that can be designed to consider economic aspects, but also take into account the most common goals of control theory, such as tracking references, and dynamic specifications of its variables. Thus, the problem can be scaled to keep inventory levels within certain predetermined values while at the same time provide an economically optimal operation in the manufacturing process; in other words, to avoid rapid changes in the production rate and, at the same time avoid undesirable amounts of products in stock. Thus, we developed two control strategies, the first based on generalized predictive controller known as GPC. The second control strategy used in this work uses a different delay compensation structure in the GPC predictor, implementing the algorithm known as DTC-GPC. Simulation tests were performed using centralized and decentralized coordination of the controllers, operating in ideal conditions and in the presence of disturbances and uncertainties. The results show that DTC-GPC controllers can have a significant and positive impact on the control of inventory levels and at the same time, satisfy the demands of the market.