PROGRAMACIÓ DE LA PRODUCCIÓ EN UN TALLER DE FLUX HÍBRID SUBJECTE A INCERTESA: ARQUITECTURA I ALGORISMES. APLICACIÓ A LA INDÚSTRIA CERÀMICA.

En un marc de competència global en què els temps de resposta són cada vegada més rellevants com a element competitiu i on, en no poques ocasions, les empreses tendeixen a oferir un catàleg de productes ampli i diferenciat de la competència, hi ha múltiples reptes que les organitzacions han d’afrontar. Dins d’aquestes, la direcció d’operacions té el repte d’adaptar els processos de gestió dels sistemes productius i logístics a les necessitats actuals. En aquest procés de canvi és habitual partir de sistemes productius poc flexibles i orientats a la producció en massa, en què és fonamental emprar el millor “saber fer” per a procurar obtenir el rendiment més adequat dels recursos disponibles. El desplegament d’unes bones pràctiques en l’àmbit de la programació de la producció pot ajudar en bona mesura a millorar l’eficiència dels recursos.

Tradicionalment, s’ha considerat la programació de la producció amb una visió bastant quantitativa en què la missió que tenia consistia a assignar, seqüenciar i temporitzar els diferents treballs del període sobre la base dels recursos disponibles. No obstant això, sense deixar de ser vàlid aquest plantejament, en aquesta tesi es vol emfatitzar com, en realitat, la finalitat última de les tècniques i els mètodes desenvolupats durant anys en l’àmbit de la programació de la producció no és altra que ser emprats dins d’uns sistemes d’ajuda a la presa de decisions. I en aquest sentit, les decisions operatives que es prenen en l’àrea del programador de la producció han d’estar connectades en tots els casos, almenys, amb el seu entorn de decisió més directe, com és el de la planificació de la producció.
 
Una revisió literària en profunditat a l’extens treball realitzat en més de 50 anys d’existència del que s’ha denominat, emprant la terminologia en llengua anglesa, scheduling, posa de manifest l’existència una necessitat que ha de ser coberta. Es tracta de reduir la distància entre els problemes plantejats per la comunitat científica i els que volen resoldre els professionals. Els problemes acadèmics es caracteritzen perquè són simplificacions de la realitat, en què els sistemes productius, les condicions de treball, les interrelacions organitzatives o la mateixa aparició d’esdeveniments són considerats d’una manera parcial, o fins i tot ignorats. Per aquest motiu, en molts casos els procediments i les tècniques aplicades a la programació de la producció en les empreses no han rebut l’embranzida que caldria.

Un dels aspectes que cal considerar per a reduir la bretxa que hi ha entre l’entorn acadèmic i el professional és el de la incertesa. Hi ha relativament poca bibliografia que considere el problema de la programació de la producció en entorns incerts, i de les propostes revisades s’ha optat per seguir el model que proposa dividir el problema en dues fases. La primera fase, que rep el nom de programació predictiva, consisteix a establir un programa productiu en un entorn determinista que servisca de punt de partida. La segona fase consisteix a modificar el programa productiu en curs quan es produïsca un esdeveniment que el faça inviable, i es denomina programació reactiva. La programació predictiva i reactiva de la producció serveixen per a generar programes a partir de restriccions i objectius que poden ser diferents, atès que s’empren en instants diferents del període productiu considerat.

Amb l’objecte d’explorar nous paradigmes que aportaren un enfocament diferent al tradicional en relació a l’ús de tècniques i eines amb què tractar el problema de programació de la producció, en les condicions actuals, s’han explorat les possibilitats de la intel•ligència artificial, i en concret l’àrea relacionada amb els agents intel•ligents i sistemes multiagent. El paradigma dels agents s’ha aplicat a diverses àrees, entre les quals es troba la de direcció d’operacions. En l’àrea esmentada, la posada en pràctica d’aquest paradigma s’ha centrat sobretot en l’àmbit de la planificació de la producció i de la gestió de la cadena de subministrament. Això es deu al fet que la teoria d’agents ajuda a abordar aspectes com la integració empresarial, organització distribuïda, els entorns heterogenis, la interoperabilitat, les estructures dinàmiques, o la cooperació, entre altres. Donada la necessitat d’incloure alguns d’aquests aspectes en l’àmbit de la programació de la producció, s’ha considerat que els sistemes multiagents hi poden actuar de facilitadors.

Una vegada analitzades les aportacions científiques relacionades amb l’àmbit de l’scheduling i dels sistemes multiagent, s’identifica que l’objectiu d’aquesta tesi ha de ser el de plantejar un model que permeta automatitzar, mitjançant l’ús de sistemes multiagent, la programació predictiva i reactiva de la producció, basat en una orientació de processos de negoci que incloga eines (algorismes) d’ajuda a la presa de decisions sota incertesa, necessaris per a resoldre la visió funcional/decisional que considere l’existència d’esdeveniments i la seua gestió, i que permeta donar el primer pas cap a un model dinàmic. L'objectiu fixat per a aquest model és el de mantenir una taxa de productivitat mitja el més alta possible en funció dels recursos disponibles, i per a això els processos de Programació Predictiu i Reactiu disposaran de funcions objectius que potencien el mateix.

Com a pas previ a la construcció d’una proposta, es du a terme un esforç important per a delimitar-ne la validesa correctament. En aquest aspecte, s’hi analitzen les característiques del problema que es vol tractar, destacant-ne les peculiaritats, de manera que es pot caracteritzar com un taller de flux híbrid amb temps de canvi de partida dependents de la seqüència en condicions d’incertesa. El problema es modela matemàticament. 

Per a aconseguir l’objectiu proposat es defineix una metodologia, uns elements arquitectònics, i unes eines que serveixen de guia i de suport, al mateix temps que estructuren l’elaboració d’una proposta. A través de cinc passos definits en la metodologia, i emprant en cadascun les eines i els elements constructius necessaris, se segueix un camí que s’inicia amb la definició elemental del problema i que acaba amb una prova de funcionament per a un cas concret.
Amb els dos primers passos de la metodologia s’han determinat els requeriments en què s’hauria de basar la proposta per a aconseguir-ne l’objectiu. Per a l’anàlisi dels requeriments del procés de programació predictiu-reactiu i la seua relació amb els processos de planificació, s’empra la proposta CIMOSA. Amb el tercer pas de la metodologia, i sobre la base dels requeriments identificats, s’aborda el disseny d’una plataforma de programari concebuda com un sistema multiagent (IPSU-MAS) que facilite l’automatització dels processos de programació. Per al disseny s’empra la metodologia INGENIAS específica per a desenvolupaments basats en agents. 

Abans de dur a terme el quart pas, que consisteix en la implementació d’IPSU-MAS, es dissenya, es desenvolupa i s’analitza una sèrie d’algorismes i procediments que necessàriament han de formar part de la plataforma programari. Si es considera la plataforma com una estructura, aquests processos serien el motor que realment possibilita l’automatització. Aquests es defineixen a partir d’una anàlisi conceptual i un contrast pràctic. Entre els algorismes més rellevants que es desenvolupen cal destacar els que permeten el càlcul del programa predictiu i del programa reactiu de la producció. Encara que en menor mesura també s’hi aborden els que regulen la coordinació entre els processos de programació i planificació.

Per a poder obtenir un programa productiu predictiu, es proposa el disseny i la implementació d’un nou algorisme genètic denominat SMAGA. La diferència fonamental entre la proposta que es fa en aquesta tesi i els algorismes genètics tradicionals, és que en aquest cas es porta a terme una hibridació de l’algorisme combinant l’estructura bàsica d’aquesta metaheurística amb les característiques dels sistemes multiagent. L’objectiu és que la hibridació es produïsca de manera que els agents prenguen el rol d’“éssers vius” i, per tant, d’individus de la població. Amb la introducció del paradigma d’agents en aquest algorisme, la proposta considera l’existència d’un sistema multiagent (SMAGA) dins d’un altre (IPSU-MAS). Després d’una adequada parametrització de les dues variants de l’algorisme SMAGA, els resultats es comparen amb els obtinguts per altres propostes realitzades per al mateix tipus de problemes, i resulten altament eficaços. Tant per a la parametrització com per a l’anàlisi comparativa, s’hi empra un joc de dades conegut.
Per a fer el càlcul del programa reactiu es du a terme una anàlisi comparativa entre un conjunt d’heurístiques i metaheurístiques seleccionat, entre les quals hi ha una aportació pròpia (SSDS). Totes les tècniques són sotmeses a un ampli estudi en diverses circumstàncies, i es poden obtenir conclusions rellevants pel que fa al comportament d’aquestes.

Finalment, es porta a terme com a part del cinquè pas de la metodologia una aplicació del prototip IPSU-MAS, generat a partir del treball realitzat anteriorment, a una empresa concreta de la indústria ceràmica. Es considera que les empreses d’aquest sector són molt adequades per a realitzar una experiència pràctica a causa de la configuració dels tallers i per la situació de competència del seu entorn. En l’experiència pràctica s’han comparat els resultats obtinguts emprant els mètodes actuals de l’empresa seleccionada i els obtinguts amb IPSU-MAS, en diversos escenaris. La conclusió és que, en tots aquests, els resultats obtinguts amb la IPSU-MAS són millors, i en molts s’han aconseguit valors amb una taxa productivitat entre un 17% i un 29% millors que els de les tècniques que s’empren actualment.