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Casos de Siderurgia

Ábaco - Programación del Abastecimiento de Combustibles Sólidos de CST


UniSoma finalizó el desarrollo del Ábaco, una nueva herramienta para la planificación de Arcelor Brasil. Este más reciente desarrollo de UniSoma da soporte a la generación de la planificación integrada de la cadena de abastecimiento de combustibles sólidos de múltiples unidades productivas de la empresa.

Descripción del Negocio


Arcelor Brasil negocia con proveedores dispersos globalmente (principalmente de Australia) el suministro anual de carbones para sus unidades productivas de Brasil (CST, Belgo y Sol Coquería).

Una vez definida la compra anual, es necesario programar el recibimiento de los carbones a fin de garantizar el abastecimiento de los varios procesos que los utilizan, a saber, las coquerías de CST y SOL y las sinterizaciones y los altos hornos de CST y Belgo. Los carbones son transportados en navíos (de diversos tamaños), según rutas alternativas, y almacenados en forma de pilas en playas de acopio.

En las coquerías, mixturas de carbones de pilas diversas son hechas para que una cierta calidad del coque sea obtenida. La programación del abastecimiento debe ser coherente con las mixturas planificadas a lo largo del año, de forma que se garantice la producción de coque según sus requisitos técnicos fisicoquímicos de calidad. En términos prácticos, la reprogramación de recibimiento debe considerar los saldos contractuales de carbones aún no transportados, dentro de las vigencias acordadas.

Además de esto, es necesario programar el recibimiento de forma a viabilizar la formación de un stock de seguridad de un mix de carbones técnicamente apropiado para la producción de coque (dicho stock viable). Este stock sirve para amortizar el impacto de variabilidad en el proceso, como atrasos en el recibimiento y desvíos en la calidad de los combustibles recibidos. En situaciones críticas, se hizo uso de la compra spot.

El proceso de abastecimiento es bastante flexible. Además de esto, está directamente relacionado al problema de mixtura (tanto de la producción como del material en stock), para el cual la flexibilidad es aún mayor; a punto de un problema de naturaleza logística poder ser, con alguna facilidad, corregido por un ajuste en la producción. En virtud de esto, es grande el espacio de alternativas de programación y, consecuentemente, fundamental a la selección de aquellas de costo mínimo.

El Desafío


En 1999, UniSoma desarrolló para CST el Módulo Embarque. Esta herramienta, una de las primeras escritas en lenguaje AIMMS por UniSoma, fue desarrollada para una única combinación proceso x empresa: el conjunto de coquerías de CST. Con la incorporación de CST por el holding Arcelor Brasil S.A., a partir de 2004, algunos procesos gerenciales fueron racionalizados. La planificación integrada del abastecimiento de combustibles sólidos, para las varias subsidiarias del holding, por ejemplo, fue centralizado en CST, ya que esta unidad es, de entre las varias, la mayor consumidora de este tipo de material.

Dada esta nueva realidad gerencial y consecuentes aumentos de complejidad y flexibilidad en el proceso de planificación, CST le invitó a UniSoma a desarrollar una nueva versión del Módulo Embarque. El nuevo sistema, también hecho a través del Software AIMMS, fue posteriormente bautizado Ábaco.

La Solución


La planificación integrada de la cadena de abastecimiento de combustibles sólidos involucra, grosso modo, la resolución simultánea de tres subproblemas relacionados: la programación de embarque (o desembarque) de los navíos, la planificación de la producción de coque (o de mixtura de carbones) y la planificación de almacenaje de los carbones.



La programación de embarque debe balancear el suministro de carbones de alta y baja calidad a lo largo del tiempo, de manera que la producción de coque en las diversas coquerías sea garantizada – lo que es de hecho obtenido a través de la planificación de la producción de coque. Además, la programación de embarque debe propiciar la formación de stocks de seguridad, como una precaución a las variabilidades de los procesos de suministro – los carbones en stock podrán ser utilizados anticipadamente siempre que necesario. Este subproblema (Planificación del Almacenamiento) también está integrado a lo de Planificación de la Producción porque es posible, a corto plazo, alterar la mixtura de producción para ajustar la calidad del coque, a través del uso de carbones previamente planeados para ser utilizados en el futuro. Asimismo, es posible “precificar” el costo de formación del stock de seguridad y su impacto en el costo logístico total.

Hay navíos con diferentes capacidades y diferentes números de bodegas. Los navíos pueden ser cargados con uno o más carbones, que serán usados en una o más combinaciones proceso x empresa. Una vez que una bodega no pueda ser cargada con carbones distintos o con un mismo carbón para empresas distintas, el problema fue modelado como de Programación Entero-Mixta (aunque ésta no haya sido la única razón que impidió que se modelara como un Problema de Programación Lineal Puro). Este modelo considera restricciones diversas, como por ejemplo, capacidades de acopio en playas diversas (según costos diferenciados), la durabilidad de los carbones y la necesidad de combustibles para procesos de consumo predefinidos (o sea, cuya programación de consumo no sea imputada al modelo matemático, como el consumo de antracitas en la sinterización y de carbones de inyección en los altos hornos).

En el proceso de optimización, las soluciones son electas según el criterio de minimización del costo logístico global, lo cual considera tanto los costos directos (compra, flete, almacenaje, etc.) como los relacionados a las violaciones de algunas restricciones (necesarias para viabilizar la obtención de soluciones factibles). Estas violaciones son controladas a través de penalidades.

El Ábaco fue conectado a un banco de datos del área de reducción de CST (Oracle RDB) para la extracción de las informaciones relativas a las cualidades de los carbones. Fue también integrado al CBSOL, sistema de control de las varias etapas de transporte de los combustibles, para la lectura de los desembarques ya programados e informaciones relativas a los contratos en vigencia y para la exportación de la nueva programación de embarques.

Para el corto plazo, otro módulo basado en AIMMS fue creado: el de programación de la mixtura de carbones (llamado MIX). El principal objetivo de MIX es establecer las secuencias de mixturas de acuerdo a las especificaciones de producción de coque requeridas – el modelo considera las cualidades reales de las pilas disponibles en las playas de acopio (obtenidas a través de análisis y ensayos) en vez del Ábaco, que trabaja con cualidades previstas. Hay una integración funcional entre los Módulos Ábaco y MIX: la mixtura definida por el Ábaco es perseguida por la del MIX, como un de sus varios criterios de optimización (el problema fue modelado como de programación multiobjetivo), de forma a se evitar problemas futuros, por el uso sin criterio de los carbones de mejor calidad disponibles.

En suma, el Ábaco es una herramienta completa y flexible que:

»  Genera el plan de embarque de los carbones en cada navío a través de las diferentes rutas disponibles;
»  Crea planes de cargas combinadas de carbones para abastecimiento de diferentes mixturas (modelo multicoquerías);
»  Genera planes de embarque combinado y utilización de carbones PCI;
»  Controla las participaciones de los carbones en las mixturas y en la generación de stocks viables;
»  Considera los trade-offs entre los costos de compras, multas contractuales, transporte, stocks (costo financiero, playas de terceros, etc.) y penalizaciones de las restricciones de producción y almacenaje;
»  Permite la priorización de las diferentes restricciones y definición de niveles de violación;
»  Optimiza la evolución del stock de cada carbón a lo largo del horizonte, de acuerdo a restricciones de durabilidad, viabilidad para producción y seguridad;
»  Identifica oportunidades comerciales (compra en el spot, no cumplimiento del compromiso de compra, multas, etc.);

Comentarios del Cliente


“El Ábaco es un sistema integrado que ha sido utilizado por el staff técnico y de compras para programar los embarques de los navíos, controlando el nivel de stocks, optimizando y dando soporte a las decisiones de la empresa, lo que garantiza la operación continua y mantiene la calidad de los productos según baja variabilidad”
Luiz Afonso de Andrade - Ejecutivo de Compras de Combustibles Sólidos del Departamento de Producción de Arrabio de AMT - 19 de octubre de 2006.

Sobre AMT


AMT es una empresa de ArcelorMittal Brasil, juntamente con ArcelorMittal Longos (incluso Acindar, de Argentina) y ArcelorMittal Vega. Es una de las más grandes siderúrgicas de Latinoamérica y es responsable por cerca de 12% de la producción de placas. Ostenta uno de los más bajos costos de producción de acero del mundo, con excelencia operacional y localización estratégica en la ciudad de Vitória-ES.

Extensiones


A mediados de 2009, con el alquiler de la Coquería SOL, AMT solicitó a UniSoma adaptaciones en la Solución de Carbón, de forma que las programaciones de embarque (Ábaco) y de mixtura de las coquerías (MIX) observaran las posibilidades de uso sinérgico de los stocks comunes de carbones (adquiridos a partir de entonces a través del mismo CNPJ, el Catastro Nacional de Persona Jurídica de Brasil, para ambas las coquerías).

Para el caso del Módulo MIX fue concebido un nuevo modelo matemático, basado en slots variables de tiempo. Esta innovación técnica, aliada a un exhaustivo trabajo de tunning del solver CPLEX, ha viabilizado la obtención, en tiempo hábil, de programaciones multicoquerías para un horizonte típico de hasta tres meses de producción.