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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE UFF ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO OTIMIZAÇÃO DOS CUSTOS DE ESTOQUE POR MEIO DE UM MODELO DE PROGRAMAÇÃO INTEIRA: UM ESTUDO DE CASO EM UM POSTO DE COMBUSTÍVEIS NITERÓI AGOSTO / 2016 NAYANA ANTUNES GUIMARÃES ORIENTADOR: ARTUR ALVES PESSOA, D.Sc.

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE – UFF

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

OTIMIZAÇÃO DOS CUSTOS DE ESTOQUE

POR MEIO DE UM MODELO DE

PROGRAMAÇÃO INTEIRA: UM ESTUDO DE

CASO EM UM POSTO DE COMBUSTÍVEIS

NITERÓI

AGOSTO / 2016

NAYANA ANTUNES GUIMARÃES

ORIENTADOR: ARTUR ALVES PESSOA, D.Sc.

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NAYANA ANTUNES GUIMARÃES

OTIMIZAÇÃO DOS CUSTOS DE ESTOQUE POR MEIO DE UM MODELO DE

PROGRAMAÇÃO INTEIRA: UM ESTUDO DE CASO EM UM POSTO DE

COMBUSTÍVEIS

Projeto Final apresentado ao curso de

Graduação em Engenharia de Produção da

Universidade Federal Fluminense, como

requisito parcial para a aquisição do Grau

de Engenheiro de Produção.

Orientador: Prof. ARTUR ALVES PESSOA, D.Sc.

NITERÓI

2016

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Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca da Escola de Engenharia e Instituto de Computação da UFF

G963 Guimarães, Nayana Antunes

Otimização dos custos de estoque por meio de um modelo de

programação inteira : um estudo de caso em um posto de

combustíveis / Nayana Antunes Guimarães. – Niterói, RJ : [s.n.],

2016.

51 f.

Trabalho (Conclusão de Curso) – Departamento de Engenharia de

Produção, Universidade Federal Fluminense, 2016.

Orientador: Artur Alves Pessoa.

1. Gestão de estoque. 2. Programação linear. 3. Programação

inteira. 4. Posto de gasolina. I. Título.

CDD 658.787

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NAYANA ANTUNES GUIMARÃES

OTIMIZAÇÃO DOS CUSTOS DE ESTOQUE POR MEIO DE UM MODELO DE

PROGRAMAÇÃO INTEIRA: UM ESTUDO DE CASO EM UM POSTO DE

COMBUSTÍVEIS

Projeto Final apresentado ao curso de

Graduação em Engenharia de Produção da

Universidade Federal Fluminense, como

requisito parcial para a aquisição do Grau

de Engenheiro de Produção.

Aprovada em 04 de Agosto de 2016.

BANCA EXAMINADORA:

_____________________________________________

Prof. Dr. Artur Alves Pessoa (Orientador) - UFF

_____________________________________________

Prof. Dr. Marcelo Maciel Monteiro - UFF

_____________________________________________

Prof. Dr. Osvaldo Luis Gonçalves Quelhas - UFF

NITERÓI

2016

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AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente à Deus, que permitiu que tudo isso acontecesse e por ter me

dado força para superar todas as dificuldades.

Aos meus pais Silvana e Carlos e irmãos Sophia e Filipe, que com muito carinho e

apoio, não mediram esforços para que eu concluísse mais uma etapa da minha vida.

Ao meu orientador Artur Alves Pessoa, pela paciência e dedicação que tornaram

possível a conclusão deste projeto.

Aos meus familiares e amigos, por estarem sempre ao meu lado.

"Tudo posso naquele que me fortalece."

Filipenses 4:13

"Porque para Deus nada é impossível."

Lucas 1:37

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RESUMO

Este trabalho tem como principal objetivo a otimização dos custos relacionados ao

estoque de um posto de combustíveis. Para tal, foi desenvolvido um modelo de Programação

Inteira, que visa definir quanto comprar de cada combustível por período e a melhor alocação

do mesmo nos tanques da carreta de transporte. Foram utilizados como embasamento

conceitos como programação linear e gestão de estoques. Como estudo de caso, o modelo

apresentado foi aplicado em um posto de combustíveis localizado em Rio Bonito – RJ. O

trabalho resultou em uma ferramenta em MS Excel que retorna o planejamento dos pedidos

de reabastecimento para um período parametrizado e os custos resultantes. Os resultados

gerados pelo modelo foram comparados com os dados reais do posto. O modelo apontou uma

redução de 12% no custo total, de 52% no nível médio de estoque e uma melhoria

significativa no giro de estoque.

Palavras-chave: Programação Linear Inteira; Gestão de Estoques; Ressuprimento.

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ABSTRACT

This work aims to optimize costs related to a gas station inventory. To this end, it was

developed an Integer Programming model to define how much of each fuel should be bought

per period and the best allocation of the purchased fuel in the tanks of the transportation truck.

Linear programming and inventory management were used as basic concepts for the

development. As a case study, the model was applied to a gas station located in Rio Bonito -

RJ. The work resulted in a MS Excel tool that returns the purchase planning for a

parameterized period and the resulting costs. The results generated by the model were

compared with the actual data of the gas station. The model indicated a 12% reduction in the

total cost, 52% in the average stock level and a significant improvement in the inventory

turnover.

Keywords: Integer Linear Programming; Inventory Management; Resupply.

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SUMÁRIO

CAPÍTULO 1 - Introdução ................................................................................................ 11

1.1 Contextualização ...................................................................................................... 11

1.2 Formulação da Situação-Problema .......................................................................... 12

1.3 Objetivos .................................................................................................................. 12

1.4 Delimitação .............................................................................................................. 13

1.5 Referencial Teórico ou Conceitual .......................................................................... 13

1.6 Questões e/ou Hipóteses .......................................................................................... 13

1.7 Definição de Termos ................................................................................................ 13

1.8 Organização do Estudo ............................................................................................ 14

CAPÍTULO 2 - Revisão da Literatura ............................................................................... 15

2.1 Programação Inteira ................................................................................................. 15

2.2 Estoques ................................................................................................................... 16

2.2.1 Definições ......................................................................................................... 16

2.2.2 Controle de Estoques ........................................................................................ 16

2.2.3 Estoque de Segurança ....................................................................................... 17

2.2.4 Giro de Estoque................................................................................................. 18

2.2.5 Cobertura de Estoque ........................................................................................ 19

2.3 Modelos de Estoques ............................................................................................... 19

2.3.1 Caracterização do Problema ............................................................................. 19

2.3.2 Modelo de Lote Econômico (EOQ) .................................................................. 21

2.3.3 Problema de Dimensionamento de Lotes Capacitado (CLSP) ......................... 24

2.4 Horizonte Rolante .................................................................................................... 25

CAPÍTULO 3 - Metodologia ............................................................................................. 27

3.1 Tipo de Pesquisa ...................................................................................................... 27

3.2 População e Amostra ............................................................................................... 28

3.3 Coleta de Dados ....................................................................................................... 28

CAPÍTULO 4 - Estudo de Caso ........................................................................................ 29

4.1 A Empresa ................................................................................................................ 29

4.1.1 Política Atual de Ressuprimento ....................................................................... 29

4.1.2 Demanda ........................................................................................................... 30

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4.1.3 Transporte dos Combustíveis ............................................................................ 31

4.1.4 Armazenamento ................................................................................................ 31

4.1.5 Principais Custos Envolvidos ........................................................................... 32

4.1.6 Estoque de Segurança ....................................................................................... 33

4.2 Modelo Matemático ................................................................................................. 34

4.2.1 Definição do Problema ..................................................................................... 35

4.2.2 Implementação .................................................................................................. 36

CAPÍTULO 5 - Análise dos Resultados ............................................................................ 39

5.1 Análise dos Custos ................................................................................................... 39

5.2 Projeção do Estoque ................................................................................................. 41

5.3 Cobertura de Estoque ............................................................................................... 46

5.4 Giro de Estoque ........................................................................................................ 47

CAPÍTULO 6 - Conclusão ................................................................................................ 48

Referências Bibliográficas ........................................................................................................ 50

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Padrão de estoque no modelo de Lote Econômico ................................................... 22

Figura 2: Representação gráfica da quantidade econômica de pedido ..................................... 23

Figura 3: Esquema do código de programação ........................................................................ 37

Figura 4: Planilha Dados .......................................................................................................... 37

Figura 5: Planilha Resultado..................................................................................................... 38

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Demanda Média por Combustível (L) ...................................................................... 31

Tabela 2: Capacidade da Carreta de Transporte de Combustíveis ........................................... 31

Tabela 3: Capacidade do Tanque de Armazenamento por Tipo de Combustível .................... 32

Tabela 4: Custo de Aquisição por Combustível ....................................................................... 32

Tabela 5: Custos Operacionais de Transporte por Viagem ...................................................... 33

Tabela 6: Estoque de Segurança para um nível de serviço de 96% ......................................... 34

Tabela 7: Estoque Inicial por Combustível .............................................................................. 39

Tabela 8: Comparação entre os custos reais e os custos do modelo considerando a demanda

real ............................................................................................................................................ 40

Tabela 9: Comparação entre os custos reais e os custos do modelo considerando a demanda

prevista ..................................................................................................................................... 40

Tabela 10: Cobertura média de estoque em dias ...................................................................... 46

Tabela 11: Giro médio de estoque no período .......................................................................... 47

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LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Comportamento da demanda de Gasolina no mês de Março de 2016 .................... 30

Gráfico 2: Nível de Serviço x Estoque de Segurança ............................................................... 34

Gráfico 3: Custo total por tipo de combustível considerando a demanda real ......................... 40

Gráfico 4: Custo total por tipo de combustível considerando a demanda prevista .................. 41

Gráfico 5: Custo de Aquisição por Período .............................................................................. 41

Gráfico 6: Evolução real do estoque no período ...................................................................... 42

Gráfico 7: Projeção do estoque com base na sugestão do modelo ........................................... 42

Gráfico 8: Nível de Estoque por Período ................................................................................. 43

Gráfico 9: Projeção do Estoque do Diesel ................................................................................ 43

Gráfico 10: Projeção do Estoque do Diesel S-10 ..................................................................... 44

Gráfico 11: Projeção do Estoque do Etanol.............................................................................. 44

Gráfico 12: Projeção do Estoque de Gasolina .......................................................................... 45

Gráfico 13: Projeção do Estoque de Gasolina Aditivada ......................................................... 45

Gráfico 14: Cobertura de estoque em dias por combustível ..................................................... 46

Gráfico 15: Número de giros de estoque no período por combustível ..................................... 47

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CAPÍTULO 1 - Introdução

1.1 Contextualização

No cenário de acirrada concorrência mundial as empresas têm buscado alternativas

para garantir sua sobrevivência no mercado através do aumento da eficiência organizacional e

do nível de serviço ao cliente. Nesse contexto, a gestão de estoques vem se consolidando

como uma área estratégica para as organizações.

Estoques surgem da necessidade de precaução contra eventos inesperados ou da má

gestão dos recursos. Segundo Slack et al. (2009), estoques representam capital imobilizado,

que, na maioria dos casos, é bastante significativo para a companhia.

Trabalhar com uma baixo nível de estoques pode gerar perda de economia de escala e

elevados custos referentes à falta de produtos. Em contrapartida, um nível elevado de estoque

configura custos operacionais e de oportunidade do capital parado (GARCIA et al. 2006).

Uma dificuldade comum nas organizações está relacionada com o dimensionamento de

estoque e o custo que este proporciona para as mesmas. Nesse contexto, o uso de modelos de

estoques torna-se essencial para o auxílio à tomada de decisões no cotidiano das empresas.

Diversos modelos de dimensionamento de lotes estão disponíveis na literatura. Tais

modelos têm como propósito determinar o tamanho do lote a ser emitido e o momento ideal

para isso, de modo a atender uma demanda específica e a minimizar os custos totais de

estoque.

O primeiro e mais tradicional modelo é o chamado Lote Econômico, que começou a

ser utilizado durante a Segunda Guerra Mundial (SANTORO E FREIRE, 2008). Este é um

modelo simples que considera problemas como demanda constante e sistemas sem restrições

de capacidade de armazenamento (TAHA, 2007; TOSO, 2008). Outros modelos mais

avançados surgiram, nos quais é necessária a utilização da programação inteira para encontrar

a solução ótima do problema. Um exemplo é o Problema de Dimensionamento de Lotes

Capacitado (CLSP), que envolve problemas com demanda dinâmica e restrições de

capacidade (KARIMI et al., 2003).

Nessa perspectiva, este trabalho tem como propósito a otimização do controle de

estoques de um posto de combustíveis, através da adaptação do modelo CLSP à realidade da

empresa estudada.

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1.2 Formulação da Situação-Problema

A empresa estudada é um posto de combustíveis localizado no estado do Rio de

Janeiro. Atualmente, a política de estoques da empresa consiste em trabalhar com a

capacidade máxima dos tanques de armazenamento. Para isso, são emitidos pedidos diários de

ressuprimento. O transporte de combustível é feito por uma carreta própria da empresa.

A gestão de estoques na empresa analisada não apresenta grande fundamentação

teórica. Dessa forma, a mesma representa grande potencial de melhorias e de redução de

custos.

O primeiro problema analisado na empresa gira em torno do dimensionamento dos

lotes de pedidos a serem emitidos. Compras efetuadas na quantidade e no momento certo

contribuem para minimização dos custos e otimização de espaço no armazém, já que

possibilitam a redução de estoques a níveis mais próximos do que efetivamente é necessário

para evitar a falta de estoques e consequente, perda de venda.

Outro problema enfrentado pela empresa envolve a alocação dos combustíveis na

carreta. Esta possui seis tanques com diferentes capacidades, que podem armazenar qualquer

um dos cinco tipos de combustíveis que a empresa comercializa. Dessa forma, o posto

analisado encontra dificuldade de definir qual combustível deve ser transportado em cada

tanque da carreta de forma que as viagens ocorram com a capacidade máxima e que atenda o

planejamento de cada pedido.

Com o exposto acima, o problema central deste estudo é definir quanto e quando

comprar de cada combustível, de modo a atender a demanda do período e minimizar o

número de viagens, levando em consideração restrições como a capacidade de cada tanque da

carreta.

1.3 Objetivos

Este trabalho tem como objetivo principal desenvolver uma ferramenta de otimização

através de um modelo de dimensionamento de lotes que minimize os custos de transporte e

estocagem de um posto de combustíveis. Este objetivo principal se divide em três específicos:

Realizar um planejamento semanal da quantidade que deve ser pedida e o

momento em que cada pedido deve ser emitido para cada tipo de combustível;

Otimizar a quantidade de cada combustível transportada na carreta, de modo

que minimize o custo total e que transporte toda a quantidade planejada;

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Otimizar o número de viagens de transporte de combustíveis.

1.4 Delimitação

Este trabalho busca desenvolver um modelo matemático que minimize os custos de

estoque de um posto de combustíveis. No entanto, não será levando em consideração o custo

de falta de estoque, já que existem restrições rígidas relacionadas a estoque mínimo.

Além disso, outra limitação do estudo envolve considerar a demanda da empresa como

sendo determinística. De um modo geral, a demanda dos clientes costuma ser estocástica, o

que torna os modelos mais complexos e de difícil resolução.

1.5 Referencial Teórico ou Conceitual

O referencial teórico do presente trabalho concentra-se, essencialmente, na discussão

sobre dimensionamento de lotes. Para isso, o Capítulo 2 apresenta conceitos e definições

relacionados a estoque, que foram embasados principalmente em Ballou (2006) e Slack et al.

(2009). Em seguida, este mesmo capítulo apresenta conceitos acerca de dimensionamento de

lotes e aborda alguns modelos matemáticos, que serviram de base para o desenvolvimento de

um modelo aplicado a situação-problema do presente estudo. Neste caso, foram utilizados

como fundamentação teórica os estudos de Ballou (2006), Karimi et al. (2003), Slack et al.

(2009) e Taha (2007).

1.6 Questões e/ou Hipóteses

O presente trabalho busca responder às seguintes questões:

Qual deve ser o tamanho do pedido de reabastecimento para cada tipo de

combustível?

Quando deve ser posto o pedido de reabastecimento para cada tipo de

combustível?

Em qual tanque da carreta deve ser transportado cada combustível?

1.7 Definição de Termos

ANP Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis

CLSP Capacitated Lot Sizing Problem – Problema de Dimensionamento de Lotes

Capacitado

EOQ Economic Order Quantity – Lote Econômico

Max Maximizar

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Min Minimizar

S. a. Sujeito à

PIM Programação Inteira Mista

1.8 Organização do Estudo

O estudo foi dividido em seis capítulos, dentre os quais o primeiro aborda aspectos

introdutórios, como contextualização do tema, formulação da situação-problema, os objetivos

do trabalho, além das principais questões que serão discutidas ao longo do mesmo.

O segundo capítulo apresenta uma revisão bibliográfica, que busca fundamentar o

estudo. São detalhados conceitos e definições sobre programação inteira, estoques, modelos

de dimensionamento de lotes e horizonte rolante.

O terceiro capítulo apresenta a metodologia utilizada, as ferramentas, a coleta de dados

e os instrumentos de medida utilizados.

O quarto capítulo destina-se à aplicação do modelo proposto, por meio de um estudo

de caso realizado junto a um posto de combustíveis, que forneceu os dados para a realização

do presente projeto.

Por fim, o último capítulo apresenta as conclusões e considerações finais, além de

sugestões para próximos trabalhos.

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CAPÍTULO 2 - Revisão da Literatura

2.1 Programação Inteira

A programação inteira é uma variação da programação linear, na qual uma restrição a

mais é colocada, exigindo que as variáveis assumam apenas valores inteiros (HILLIER E

LIEBERMAN, 2006). Esse tipo de problema é muito comum na prática, uma vez que em

muitas situações não faz sentido que as variáveis apresentem valores fracionários. Como

exemplo, Hillier e Lieberman (2006) apresentam problemas que envolvem alocação de

pessoal, máquinas e veículos.

Segundo Aizemberg (2010), os problemas de programação inteira podem ser escritos

conforme o modelo abaixo:

Max 𝑐𝑥

S.a 𝐴𝑥 ≤ 𝑏

𝑥 ≥ 0 𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑖𝑟𝑜

Sendo A uma matriz m por n, c um vetor linha n-dimensional, b um vetor coluna m-

dimensional e x um vetor coluna n-dimensional de variáveis inteiras.

De acordo com Hillier e Lieberman (2006), a programação inteira também é útil em

problemas que envolvem “decisões sim-ou-não”. Nesse caso, a variável só pode assumir os

valores sim ou não e sua representação no modelo matemático é feita por meio de uma

variável binária (0 ou 1). Os autores citam como exemplos problemas nos quais é preciso

decidir se determinado projeto ou investimento deve ser realizado ou se uma instalação deve

ser construída em determinado local.

De acordo com Taha (2007), quando o modelo apresenta apenas variáveis inteiras, este

é um problema de Programação Inteira Pura, todavia quando possui variáveis inteiras e

contínuas, o mesmo é chamado de Programação Inteira Mista (PIM).

Os problemas de Programação Inteira Mista podem ser escritos, conforme o modelo

abaixo apresentado em Aizemberg (2010):

Max 𝑐𝑥 + ℎ𝑦

S.a. 𝐴𝑥 + 𝐺𝑦 ≤ 𝑏

𝑥 ≥ 0 𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑖𝑟𝑜, 𝑦 ≥ 0

Sendo G uma matriz m por p, h um vetor linha p-dimensional, y um vetor coluna p-

dimensional de variáveis e A, c, b e x conforme descritas anteriormente.

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2.2 Estoques

2.2.1 Definições

Ballou (2006) define estoque como sendo a acumulação de matérias-primas,

suprimentos, componentes, materiais em processo e produtos acabados que surgem em

diversos pontos do canal de produção e logística das empresas.

Slack et al. (2009) apresentam uma definição mais sintetizada, na qual estoque é a

acumulação armazenada de recursos materiais em um sistema de transformação. Os autores

acrescentam que o estoque existe devido às incertezas inerentes ao fornecimento e à demanda.

O desafio principal em relação à gestão de estoques é assegurar o nível de serviço

desejado ao menor custo possível. Há um grande trade-off em relação a isso. Segundo Slack

et al. (2009), os estoques são custosos e exigem quantidade considerável de capital e de

espaço. Em contrapartida, proporcionam certo nível de segurança em ambientes incertos e

agilizam o atendimento ao cliente.

Manter estoques em algum nível das operações permite melhorar o serviço ao cliente.

Isso se deve à rapidez das respostas às necessidades dos consumidores, à flexibilidade de

escolha entre os produtos disponíveis e à confiabilidade de suprimento, visto que protege de

possíveis faltas de produtos (SLACK et al. 2009).

Segundo Ballou (2006), outro ponto a favor dos estoques é a redução dos custos. Isso

se deve ao planejamento de compras em grande quantidade, que, na maioria das vezes,

garante descontos. De forma similar, obtém-se custos menores de transporte, devido ao

despacho em volumes maiores. Por fim, manter estoque significa uma compra antecipada,

pois se compra hoje o que vai ser usado no futuro. Tal fato, muitas vezes, viabiliza preços

menores, visto que no futuro, os preços podem estar mais elevados.

Por outro lado, manter estoques apresenta diversos pontos negativos. Para Slack el al.

(2009), as principais desvantagens são a imobilização do capital que poderia ser usado para

outros fins e, na mesma perspectiva, a ocupação de espaço para armazenamento. Além disso,

a geração de custos relacionados à armazenagem e à administração.

2.2.2 Controle de Estoques

Segundo com Taha (2007), o controle de estoques permite determinar o nível de

estoque que uma empresa deve manter de certa mercadoria de forma a garantir uma operação

tranquila. Para isso, duas questões principais devem ser respondidas:

a) quanto pedir?

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b) quando pedir?

A primeira questão refere-se à quantidade ou volume de ressuprimento que o pedido

deve ter, já a segunda busca definir o momento ou o nível de estoque em que um novo pedido

deve ser emitido.

De acordo com Taha (2007), os pedidos podem ser emitidos periodicamente, toda

semana ou todo mês por exemplo, caracterizando um sistema de revisão periódica. Outra

possibilidade é a revisão contínua, na qual o pedido é emitido no momento em que o estoque

atinge certo nível, denominado ponto de reabastecimento.

Segundo Taha (2007), a solução para encontrar a quantidade ideal e o momento certo

de pedir é a partir da minimização dos custos de estoque. Ballou (2006) divide os custos de

estoque em três custos principais:

a) Custos de aquisição: decorrem da emissão de um pedido de reposição de

estoque. Tais custos estão relacionados à fabricação do produto conforme as

quantidades exigidas, preparação do processo de produção, transmissão do

pedido ao ponto de ressuprimento e manuseio ou processamento dos produtos

no ponto de recepção;

b) Custos de manutenção: envolvem custos de espaço, como aluguel, iluminação

ou climatização, custos de capital imobilizado em estocagem, custos de

serviços de estocagem, como seguros e impostos, e custos de risco de estoque,

como deterioração, danos, obsolescência e roubos;

c) Custos de falta de estoque: decorrem de venda não realizada em virtude de

falhas no fornecimento. Nesse contexto, os custos referem-se à perda potencial

de receita e à perda de confiança do cliente.

2.2.3 Estoque de Segurança

O estoque de segurança é definido por Slack et al. (2009) como determinada

quantidade de estoque que visa compensar as incertezas inerentes ao fornecimento e à

demanda. Segundo Peinado e Graeml (2007), representa um estoque adicional que protege de

um eventual atraso na entrega ou na produção ou se a demanda superar a previsão.

Peinado e Graeml (2007) afirmam que o estoque de segurança deve ser o mais baixo

possível, devido ao custo de mantê-lo, todavia deve ser suficientemente alto para garantir um

nível de serviço adequado. Os autores definem nível de serviço como a probabilidade de não

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faltar material durante o lead time de abastecimento. Para Tavares (2014), pode ser definido

como o percentual dos itens que devem ter seus pedidos atendidos.

Segundo Peinado e Graeml (2007), quando a demanda é variável e o lead time é

constante, o estoque de segurança (ES) deve ser calculado conforme a Equação 1:

𝐸𝑆 = 𝑍 × √𝐿𝑇 × 𝜎𝐷 (1)

Sendo:

ES Estoque de Segurança

Z Número de desvios padrão

LT Lead time de ressuprimento

𝜎𝐷 Desvio padrão da demanda

O valor de Z varia em função do nível de serviço desejado e deve ser determinado

através da tabela de coeficientes de distribuição normal.

Existem situações em que a variabilidade acontece não só para a demanda como

também para o tempo de ressuprimento. Nesses casos, o estoque de segurança se resumo em

(PEINADO E GRAEML, 2007):

𝐸𝑆 = 𝑍 × √(𝐿𝑇 × 𝜎𝐷2) + (𝐷

2× 𝜎𝐿𝑇

2 ) (2)

Sendo:

ES Estoque de Segurança

Z Número de desvios padrão

𝐷 Demanda média no período

𝐿𝑇 Lead time médio de ressuprimento

𝜎𝐷 Desvio padrão da demanda

𝜎𝐿𝑇 Desvio padrão do lead time

2.2.4 Giro de Estoque

O giro de estoque é definido por Slack et al. (2009) como a frequência com que o

estoque é completamente usado em um período. Este é um indicador utilizado para medir o

desempenho do estoque e pode ser calculado dividindo-se a demanda total pelo estoque médio

do período, conforme representado na Equação 3 (TAVARES, 2014):

𝐺𝑖𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝐸𝑠𝑡𝑜𝑞𝑢𝑒 = 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎

𝐸𝑠𝑡𝑜𝑞𝑢𝑒 𝑚é𝑑𝑖𝑜 (3)

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19

Segundo Pereira (2003), o giro de estoque, também chamado de índice de rotação de

estoques, indica se o estoque armazenado é insuficiente, desejável ou excessivo em relação ao

volume de vendas da empresa, além disso indica se existem itens de baixa rotação ou

obsoletos. O autor acrescenta que essa análise é importante pois produtos mantidos em

estoque além do tempo desejado eleva os custos relacionados à estoque, que serão cobertos

com os lucros obtidos nas vendas.

Uma adequada movimentação do estoque aumenta o giro do capital circulante no

negócio, liberta parte de capital aplicado em itens de baixo giro, diminui o custo de aquisição

e de manutenção de estoque (PEREIRA, 2003).

2.2.5 Cobertura de Estoque

A cobertura de estoque representa o tempo que o estoque duraria, sujeito à demanda

normal, se não fosse reabastecido (SLACK et al. 2009). De acordo com Pereira (2003), a

cobertura indica o tempo médio que a empresa consegue vender ou consumir suas

mercadorias após a data de sua aquisição.

Segundo Tavares (2014), a cobertura pode ser calculada através da divisão do estoque

médio pela demanda do período, conforme exposto na Equação 4:

𝐶𝑜𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝐸𝑠𝑡𝑜𝑞𝑢𝑒 = 𝐸𝑠𝑡𝑜𝑞𝑢𝑒 𝑚é𝑑𝑖𝑜

𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 (4)

Tavares (2014) resalta que é importante que os campos estejam nas mesmas unidades

de medida em tempo e valor.

2.3 Modelos de Estoques

A literatura apresenta diversos modelos de dimensionamento de lotes, uma vez que não

é possível o desenvolvimento de um único modelo que abranja todas as situações possíveis,

devido à complexidade da realidade das empresas.

Cada problema deve ser modelado conforme as características específicas de seu

sistema, que afetam diretamente a complexidade do modelo. Com isso, antes de definir qual

modelo se adéqua ao problema, é preciso classificar o problema segundo algumas

características específicas.

2.3.1 Caracterização do Problema

Os problemas de dimensionamento de lotes podem ser tanto de produção, quanto de

reabastecimento. Para qualquer um deles, as características são semelhantes, porém adaptadas

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20

ao seu contexto. A seguir, utiliza-se o contexto da produção para expor as características

importantes para os modelos, conforme apresentadas nos estudos de Karimi et al. (2003).

2.3.1.1 Número de Estágios

Segundo Karimi et al. (2003), os sistemas produtivos podem ser classificados em

single-level ou multi-level. O primeiro tipo ocorre quando o produto é processado por uma

única operação. Neste caso, a demanda pode ser calculada a partir dos pedidos dos clientes ou

de previsões de mercado e é classificada como demanda independente.

Em sistemas como muitas operações, as matérias-primas são processadas por diversas

operações até serem transformadas no produto final. Dessa forma, a saída de uma operação é

a entrada da próxima e a demanda de uma operação depende da demanda das operações

anteriores. Neste caso, a demanda é dita dependente.

2.3.1.2 Número de Produtos

Com relação ao número de itens produzidos, Karimi et al. (2003), classifica os

sistemas produtivos em item único e multi-item. Quando um processo apresenta um único

produto como resultado final de suas operações, o sistema é caracterizado como item único.

Por outro lado, quando são produzidos diversos produtos finais, o sistema é classificado como

multi-item.

2.3.1.3 Demanda

De acordo com Karimi et al. (2003), a demanda de um produto apresenta três tipos de

categorias que precisam ser identificadas de modo a determinar o modelo adequado. Quando

a demanda por um produto não apresenta variação ao longo do horizonte de planejamento, ou

seja, é constante no tempo, classificam-na como demanda estática. Por outro lado, quando há

variação, a demanda é dinâmica. Caso a demanda seja conhecida antecipadamente, recebe o

nome de determinística, No entanto, se não for conhecida com exatidão e for calculada como

base em probabilidades, é denominada probabilística ou estocástica. Por fim, a demanda pode

ser classificada em dependente ou independente, conforme exposto anteriormente, no tópico

2.3.1.1.

2.3.1.4 Horizonte de Planejamento

O horizonte de planejamento é dividido em finito ou infinito e small bucket ou big

bucket. É comum ser classificado como finito quando a demanda é dinâmica e infinito quando

a demanda estática. Quando os períodos de tempo são grandes o suficiente para a produção de

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21

diversos itens, usa-se a denominação big bucket, enquanto que em períodos pequenos, na qual

são produzidos um ou dois itens, tem-se a classificação de small-bucket (KARIMI et al.,

2003).

2.3.1.5 Restrições de Recursos ou de Capacidade

Mão de obra, equipamentos, máquinas ou orçamento podem limitar a capacidade de

um sistema produtivo. Quando isso ocorre, o sistema é denominado capacitado. Em

contrapartida, quando não possui restrições de recursos, é classificado como incapacitado

(KARIMI et al., 2003).

2.3.1.6 Deterioração de Itens

A possibilidade de deterioração dos produtos enquanto estocados impacta na

complexidade do problema, uma vez que é necessário levar em consideração no modelo a

restrição de tempo de armazenamento permitido para o item (KARIMI et al., 2003).

2.3.1.7 Setup

Mudanças na produção para processamento de diferentes produtos podem gerar

interrupções ou custos. Se os tempos e custos de preparação são independentes da sequência

de produção, o sistema é considerado uma estrutura simples. Se depender de decisões ou

sequências anteriores, é classificado como estrutura complexa. Nos casos em que os custos ou

tempos de preparação são significativos, estes geralmente são modelados através da

introdução de variáveis binárias no modelo matemático (KARIMI et al., 2003).

2.3.1.8 Falta de Estoque

O sistema produtivo pode apresentar três configurações: a demanda do período

corrente pode ser atendida no futuro, representando um atraso no processo; a demanda atual

não pode ser absorvida no futuro, ocasionando assim, perda de venda; ou uma combinação

dos dois, na qual parte da demanda atual pode ser absorvida. Nos casos em que a falta do

estoque é considerada, deve ser inserido um custo de perda de venda na função objetivo

(KARIMI et al., 2003).

2.3.2 Modelo de Lote Econômico (EOQ)

O Lote Econômico (EOQ – Economic Order Quantity) é um modelo clássico e simples

para definição de quando e quanto comprar. Essa abordagem busca o ponto ótimo entre as

vantagens e desvantagens de manter estoques (SLACK et al., 2009).

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22

Este modelo envolve demanda constante e tempo de ressuprimento nulo e desconsidera

restrições de capacidade e a falta de produto (TAHA, 2007). Neste modelo, um novo pedido

de Q unidades é emitido e recebido instantaneamente, assim que o estoque chega ao nível

zero. Este comportamento pode ser visto na Figura 1:

Figura 1: Padrão de estoque no modelo de Lote Econômico

Fonte: Taha (2007)

De acordo com Ballou (2006), a fórmula básica de Lote Econômico é desenvolvida a

partir da minimização da equação de custo total, que envolve custo de aquisição e custo de

manutenção de estoques.

( 𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑜𝑞𝑢𝑒) = (

𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒

𝑎𝑞𝑢𝑖𝑠𝑖çã𝑜 ) + (

𝐶𝑢𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒

𝑚𝑎𝑛𝑢𝑡𝑒𝑛çã𝑜 )

𝐶𝑇 = 𝐷

𝑄𝑆 +

𝐼𝐶𝑄

2 (5)

Sendo:

CT Custo total de estoque anual

Q Tamanho do pedido para reposição do estoque, em unidades

D Demanda anual constante, unidades/ano

S Custo de aquisição por ano

C Custo unitário de manutenção no estoque por ano

I Taxa de encargos sobre o estoque por ano

O termo D/Q representa o número de vezes por ano que um pedido de reposição é

emitido e o termo Q/2, o nível médio de estoque.

Segundo Slack et al. (2009), à medida que a quantidade do pedido Q varia, um custo

aumenta enquanto que outro diminui, conforme pode ser visto na Figura 2:

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23

Figura 2: Representação gráfica da quantidade econômica de pedido

Fonte Slack et al. (2009)

O valor ótimo do tamanho do pedido Q* ocorre quando o custo total CT é minimizado,

conforme a equação 6:

𝑑𝐶𝑇

𝑑𝑄 =

𝐷𝑆

𝑄2 + 𝐼𝐶

2 = 0 (6)

Rearranjando a equação, temos que:

𝑄∗ = √2𝐷𝑆

𝐼𝐶 (7)

O intervalo ótimo entre os pedidos T* é dado por:

𝑇∗ = 𝑄∗

𝐷 (8)

O número ótimo de pedidos anuais N é calculado por:

𝑁 = 𝐷

𝑄∗ (9)

O modelo apresentado possui diversas limitações devido, principalmente, às premissas

adotadas. Toso (2008) argumenta que esta fórmula acaba não sendo eficiente para descrever a

maioria dos problemas reais encontrados nas empresas. Outra crítica, conforme discutido em

Rosa et al. (2010), refere-se ao fato do modelo focar exclusivamente na redução dos custos

totais, deixando de lado a redução dos níveis de estoques, conforme prega a filosofia Just in

Time.

Devido às limitações desta abordagem, surgiram diversos outros modelos. Taha (2007)

apresenta outros modelos de Lote Econômico, além do clássico abordado anteriormente, em

que é possível modelar problemas com descontos na compra por quantidade, com restrições

de capacidade de armazenamento ou com demanda dinâmica.

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Karimi et al. (2003) expõem outros modelos mais avançados nos quais é necessária a

utilização de Programação Linear para encontrar a solução ótima, como é o caso do Problema

de Dimensionamento de Lotes Capacitado (CLSP), que será abordado no próximo tópico.

2.3.3 Problema de Dimensionamento de Lotes Capacitado (CLSP)

O CLSP (Capacitated Lot Sizing Problem) é um problema monoestágio, multi-item,

com restrição de capacidade, com custos de produção, preparação e estoque, com tempos de

preparação e produção e com horizonte de planejamento finito dividido em períodos, cada um

com uma demanda específica. Este modelo tem como objetivo determinar a quantidade e o

momento de produção no horizonte de planejamento com o menor custo possível (KARIMI et

al., 2003).

2.3.3.1 Premissas

Horizonte de planejamento finito e constante de T períodos;

Demanda (dt, t = 1,..,T) de cada período é conhecida;

Custo variável unitário de produção independe da quantidade produzida;

Cada item produzido independe da produção de outras unidades.

Lead time é conhecido e constante;

Perda de venda por falta de estoque não é considerado;

Custo de setup para cada lote de produção é constante;

Custo de armazenagem é linear e pago ao final do período de estocagem;

Sem perda de generalidade, o estoque inicial e final são considerados nulos.

2.3.3.2 Dados

T Número de períodos no horizonte de planejamento

dit Demanda do item i para o período t

Rt Capacidade disponível no período t

Cit Custo unitário de produção do item i no período t

Sit Custo de preparação incorrido se o item i for produzido no período t

hit Custo unitário de estoque do item i no final do período t

Mit Limite máximo de produção do item i no período t (Mit = ∑ 𝑑𝑇𝐾=1 ik)

ai Quantidade unitária de recurso utilizada na produção do item i

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2.3.3.3 Variáveis

Xit Quantidade produzida do item i no período t

Yit Variável binária que assume valor 1 se o item i for produzido no período t e 0

caso contrário

Iit Quantidade estocada do item i no final do período t (Ii1 = IiT = 0)

2.3.3.4 Formulação

Min Z = ∑ ∑ 𝑆𝑇𝑡=1

𝑛𝑖=1 itYit + CitXit + hitIit (10)

S. a. ∑ 𝑎𝑛𝑖=1 iXit ≤ Rt (t = 1,…,T) (11)

Xit + Ii,t−1 − Iit = dit (i =1,...,n; t =1,...,T) (12)

Xit ≤ MitYit (i =1,...,n; t =1,...,T) (13)

Yit ∈ {0, 1} (i =1,...,n; t =1,...,T) (14)

Xit ≥ 0 (i =1,...,n; t =1,...,T) (15)

Iit ≥ 0 (i =1,...,n; t =1,...,T) (16)

A Função Objetivo (10) busca minimizar os custos de preparação, produção e

armazenagem. As restrições (11) representam a capacidade disponível, na qual são

considerados os recursos necessários para a produção dos itens. As restrições (12)

representam o balanceamento de estoque, sendo que a quantidade produzida mais a

quantidade armazenada no período anterior, menos a quantidade armazenada no final do

período, devem ser iguais a demanda do período. As restrições (13) asseguram que a

produção de um item acontece apenas se ocorrer preparação para item em questão. As

restrições (14) indicam se houve ou não produção do item no período. As restrições (15) e

(16) indicam que as quantidades de itens produzidos e armazenados, respectivamente, não

podem ser negativas.

2.4 Horizonte Rolante

Horizonte rolante (Rolling Horizon) é uma técnica utilizada em problemas de

otimização, na qual algumas decisões precisam ser tomadas antes que todos os dados de

entrada sejam conhecidos. À medida que novos dados surgem, as decisões futuras são

revisadas (AIZEMBERG, 2010).

De acordo com Araujo e Arenales (2003), as decisões são tomadas para um horizonte

de planejamento de T períodos, no qual somente o primeiro período é de fato implementado e

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os demais períodos atualizados. Em seguida o horizonte é rolado à frente e o método é

aplicado novamente para mais T períodos.

Clark (2005 apud AIZEMBERG, 2010) apresenta um exemplo de otimização que

utiliza um sub-horizonte de T = 5 períodos. A primeira otimização é feita para os períodos t =

1,...,5, utilizando-se somente a decisão tomada no período t = 1. No próximo período, a

otimização é realizada para os períodos t = 2,...,6, revisando as decisões tomadas para os

períodos t = 1,...,5, porém utilizando apenas a decisão do período t = 2. Esse processo se

repete sucessivamente até o último período.

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27

CAPÍTULO 3 - Metodologia

3.1 Tipo de Pesquisa

Para um bom desempenho em uma pesquisa, é de suma importância definir o tipo de

pesquisa em questão. Com isso, é possível escolher os instrumentos e procedimentos

adequados.

Kauark et al. (2010) classificam as pesquisas em função da sua natureza, da sua

abordagem, do seu propósito ou objetivo e dos procedimentos utilizados para alcançar os

dados.

Do ponto de vista da natureza, as pesquisas podem ser classificadas como básica ou

aplicada. A pesquisa básica tem como finalidade gerar novos conhecimentos para a ciência,

porém sem aplicação prática. A pesquisa aplicada, como o próprio nome diz, visa a geração

de conhecimentos que terão aplicação prática, voltados para a solução de problemas

específicos (KAUARK et al., 2010). Sendo assim, este trabalho classifica-se como pesquisa

aplicada, visto que é um trabalho com o objetivo de trazer melhorias para um Posto de

Combustíveis.

Em relação à forma de abordagem do problema, a pesquisa pode ser rotulada como

qualitativa ou quantitativa. Segundo Gergard e Tolfo (2009), a pesquisa qualitativa está

voltada para a compreensão e explicação da dinâmica das relações sociais. Fonseca (2002)

refere-se à pesquisa quantitativa como sendo a compreensão da realidade através da análise de

dados brutos. A partir do exposto, o presente projeto pode ser considerado uma pesquisa

quantitativa, devido ao uso de dados matemáticos para representar os problemas da empresa

estudada e extrair soluções objetivas.

Com relação aos objetivos da pesquisa, Gil (2002) categoriza a pesquisa em

exploratória, descritiva e explicativa. A primeira tem como propósito familiarizar-se com o

problema estudado, de forma a torná-lo explícito. A segunda objetiva descrever as

características de um fenômeno ou estabelecer as relações entre variáveis. A última busca

explicar a razão ou o porquê da ocorrência dos fenômenos. Nesse contexto, o projeto

realizado é uma pesquisa descritiva, pois tem como objetivo descrever fatos e fenômenos da

realidade de um posto de combustível.

Tendo em vista os procedimentos técnicos, a coleta de dados é o principal critério para

classificação das pesquisas. Gil (2002) as divide em dois grandes grupos: pesquisas que

utilizam fontes documentadas e pesquisas que utilizam dados fornecidos por pessoas. No

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primeiro grupo, estão a pesquisa bibliográfica e a pesquisa documental. No segundo, estão a

pesquisa experimental, a pesquisa ex-post facto, o levantamento, o estudo de caso e também a

pesquisa-ação e a pesquisa participante, que gerando certa controvérsia ao serem incluídas

nesse grupo.

Nesse contexto, este trabalho caracteriza-se por ser uma pesquisa bibliográfica e um

estudo de caso. Uma pesquisa bibliográfica em razão do uso de materiais já publicados, como

livros e artigos científicos. Um estudo de caso já que se refere à um estudo profundo de uma

empresa específica, gerando um conhecimento detalhado da mesma.

3.2 População e Amostra

O Posto de Combustíveis estudado revende cinco tipos de combustíveis, dos quais

todos foram utilizados no modelo matemático e nas análises subsequentes. Em relação ao

período analisado, foi escolhido 14 dias para análise, duas semanas completas, de forma a

englobar a sazonalidade semanal. A decisão do período foi feita em conjunto com o gerente

do posto e o critério utilizado levou em consideração um período de demanda mais estável,

sem impacto de feriados ou férias. Dessa forma, ficou decidido o período de 03 a 16 de Abril

de 2016 para a comparação dos resultados.

3.3 Coleta de Dados

Conforme exposto por Gil (2002), um princípio básico do estudo de caso que não pode

ser descartado é a utilização de mais de uma técnica de coleta de dados. Com isso, garante-se

a qualidade dos resultados obtidos. Seguindo esse princípio, os dados foram coletados por

meio de levantamento de dados históricos e entrevistas.

Os dados a serem trabalhados sobre o Posto de Combustíveis foram fornecidos pelo

gerente do mesmo através de planilhas em MS Excel, com dados históricos de venda, de

estoque e dos custos de um período específico.

Além disso, foram feitas entrevistas com o gerente, que contribuíram grandemente

para realização do diagnóstico do funcionamento do posto e da política atual de

ressuprimento.

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29

CAPÍTULO 4 - Estudo de Caso

4.1 A Empresa

O Posto de Combustível estudado localiza-se na rodovia BR-101 na cidade de Rio

Bonito - RJ. Atualmente, a empresa revende cinco tipos de combustíveis, a saber: Diesel,

Diesel S-10, Etanol, Gasolina e Gasolina Aditivada. Além disso, são comercializados óleos

lubrificantes de motor, aditivos, filtros, palhetas de para-brisa e conveniência como doces,

biscoitos e refrigerantes. O posto oferece serviços como lavagem completa, ducha rápida,

aspiração, troca de óleo e calibragem de pneus.

O posto estudado possui 23 funcionários, dos quais 2 são responsáveis pela área

administrativa e 21 pela parte operacional, englobando frentistas e auxiliares de serviços

gerais. A política empregada na empresa baseia-se em preços competitivos e bom

atendimento aos clientes.

4.1.1 Política Atual de Ressuprimento

O cálculo atual da necessidade de ressuprimento não tem embasado teórico. O mesmo

é feito com base na experiência de mais de trinta anos do gerente com o negócio. A política

desenvolvida atualmente tem como objetivo manter o máximo de estoque possível. Porém, a

mesma é limitada pelo capital de giro disponível e pela capacidade de transporte de

combustíveis.

O posto não possui um sistema automático que calcule a necessidade de compra, nem

uma planilha em MS Excel que auxilie na tomada de decisão. Diariamente, o gerente do posto

verifica o nível de estoque por meio de um sistema de medição e a demanda média dos

próximos dias para avaliar se é necessário ou não fazer um pedido de compra. Costuma-se

fazer pedidos a cada dois dias, podendo varia de acordo com a demanda do período.

Os pedidos são feitos à distribuidora na qual o posto possui contrato. De acordo com

as normas da ANP - Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis, o posto

revendedor só está autorizado a comprar combustíveis da distribuidora com quem fechou

acordo e ostenta a imagem visual.

Os pedidos podem ser emitidos de segunda a sábado. A empresa distribuidora possui o

lead time para liberação do pedido de um dia, para pedidos feitos de segunda a sexta, e de

dois dias para os emitidos no sábado.

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4.1.2 Demanda

A demanda dos combustíveis no posto estudado pode ser classificada como regular,

apresentando padrão de sazonalidade. O comportamento da venda varia em função de cada

período do ano, aumentando no verão e em feriados ensolarados, devido ao aumento do fluxo

de veículos voltando da Região dos Lagos, litoral norte do Estado do Rio de Janeiro.

Analisando o comportamento da demanda, é possível identificar que há uma variação

entre os dias de uma semana, para todos os combustíveis. A Gasolina, por exemplo, aumenta

o patamar de vendas sábado, domingo e segunda-feira, como pode ser visto no Gráfico 1:

Gráfico 1: Comportamento da demanda de Gasolina no mês de Março de 2016

O pico destacado no Gráfico 1 refere-se ao domingo e à segunda-feira após o feriado

da Paixão de Cristo.

À vista disso, o gerente do posto calcula a demanda prevista por dia da semana através

da média da venda do mês anterior. Dessa forma, a demanda prevista é retroalimentada mês a

mês. De acordo com o gerente do posto, a escolha do período de um mês tem como objetivo

retratar a recência e a variação sazonal da semana e não ser tão impactado pela sazonalidade

do ano. Além disso, são expurgados da base os outliers, que são pontos atípicos que podem

superestimar ou subestimar a média. A demanda dos feriados é calculada separadamente e o

principal ponto levado em consideração é a venda do respectivo feriado no passado.

A Tabela 1 refere-se à demanda estimada para o mês de Abril de 2016, com base na

demanda real do mês de Março. Neste caso, foram desconsiderados os picos de venda dos

dias 27 e 28 de Março, após feriado.

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Tabela 1: Demanda Média por Combustível (L)

Combustível Dom Seg Ter Qua Qui Sex Sáb

Diesel 3.719 10.178 8.321 7.436 8.137 6.397 4.415

Diesel S-10 1.763 2.183 2.553 2.275 2.484 2.274 2.259

Etanol 1.541 1.694 1.154 760 840 1.119 1.209

Gasolina 10.988 10.020 7.576 6.698 7.229 8.370 9.160

Gasolina Aditivada 2.048 1.991 1.529 1.193 1.383 1.995 1.805

Fonte: Gerente do Posto de Combustíveis

4.1.3 Transporte dos Combustíveis

O posto analisado possui uma carreta própria para o transporte dos combustíveis. A

escolha de frota própria ao invés de terceirizada se deve à maior confiabilidade no serviço, à

ciclos menores de reabastecimento e à maior autonomia na tomada de decisão em relação as

entregas.

A carreta da empresa possui capacidade de 35 mil litros, divididos em seis tanques,

que podem transportar qualquer um dos combustíveis revendidos pelo posto. A capacidade de

cada tanque está representada na Tabela 2:

Tabela 2: Capacidade da Carreta de Transporte de Combustíveis

Tanque Capacidade (L)

Tanque 1 10.000

Tanque 2 5.000

Tanque 3 5.000

Tanque 4 5.000

Tanque 5 5.000

Tanque 6 5.000

Total 35.000

Fonte: Gerente do Posto de Combustíveis

4.1.4 Armazenamento

O armazenamento dos combustíveis no posto é feito em tanques adequados para cada

tipo de combustível. A capacidade dos tanques varia para cada tipo de combustível, conforme

a Tabela 3:

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Tabela 3: Capacidade do Tanque de Armazenamento por Tipo de Combustível

Combustível Capacidade de

Armazenamento (L)

Diesel 30.000

Diesel S-10 15.000

Etanol 15.000

Gasolina 30.000

Gasolina Aditivada 15.000

Total 105.000

Fonte: Gerente do Posto de Combustíveis

4.1.5 Principais Custos Envolvidos

Os principais custos no ressuprimento dos combustíveis estão relacionados ao custo

aquisição do item, ao custo de manutenção do estoque e o custo do transporte.

O custo de aquisição é reflexo do preço praticado pela empresa distribuidora. Como

mencionado, o posto pode comprar somente da distribuidora com quem possui contrato.

Dessa forma, o poder de negociação com o fornecedor acaba sendo muito baixo. A Tabela 4

apresenta o custo de aquisição por combustível para o período de 03 a 16 de Abril de 2016:

Tabela 4: Custo de Aquisição por Combustível

Combustível Custo de Aquisição

Diesel R$ 2,67

Diesel S-10 R$ 2,80

Etanol R$ 2,91

Gasolina R$ 3,45

Gasolina Aditivada R$ 3,53

Fonte: Gerente do Posto de Combustíveis

Em relação ao custo de manutenção, não foram considerados no modelo os custos com

seguro, impostos e deterioração. O posto analisado não possui custo de manutenção de

espaço, uma vez possui tanques de armazenamento próprios. Com isso, o custo de

manutenção considerado foi o custo de capital.

O posto analisado não possui um cálculo preciso do custo de capital, dessa forma, para

o estudo foi utilizada a taxa básica de juros do período. Segundo Bowersox e Closs (2001), o

custo de capital pode ser calculado através da taxa básica de juros, uma vez que esta

representa a taxa de oportunidade com que o mercado estaria disposto a remunerar o capital

caso este não estivesse investido em estoque. De acordo com o site do Banco Central do

Brasil, a taxa básica de juros (Taxa Selic), no período analisado de 03 a 16 de Abril de 2016,

foi de 14,15% a.a., equivalente à 0,03677% a.d.

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33

Os principais custos do transporte próprio, segundo Ballou (2006), envolvem custos

fixos, custos do operador e custos operacionais dos veículos. Os custos fixos são aqueles que

não variam com a distância percorrida, como seguro do veículo e juros sobre o investimento

com o veículo. Os custos do operador referem-se à todas as despesas envolvendo o pagamento

dos motoristas. Os custos operacionais são as despesas de manutenção dos veículos no

trânsito, como combustível, pneu e manutenção.

Os custos fixos e do operador não foram considerados no modelo, uma vez que estes

possuem um valor fixo por mês, não interferindo na quantidade comprada ou no número de

viagens feitas no período. Foram considerados somente os custos por viagem, ou seja, custos

operacionais com combustível e pedágio. A Tabela 5 apresenta os custos aproximados por

viagem Rio Bonito - Duque de Caxias no período analisado:

Tabela 5: Custos Operacionais de Transporte por Viagem

Custos de Transporte

Combustível R$ 250,00

Pedágio R$ 120,00

Total R$ 370,00

Fonte: Gerente do Posto de Combustíveis

4.1.6 Estoque de Segurança

O posto estudado não calcula o estoque de segurança que deseja manter para garantir

suas vendas, porém este é um dado de entrada importante para o modelo. Sendo assim, o

mesmo foi calculado através da Equação 1, apresentada no tópico 2.2.3. Uma vez que o

fornecedor apresenta elevado grau de confiabilidade, a variação do lead time de entrega pode

ser considerada desprezível.

O Gráfico 2 apresenta o estoque de segurança de Gasolina para o lead time de 1 dia,

em função do nível de serviço:

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Gráfico 2: Nível de Serviço x Estoque de Segurança

O ponto destacado em vermelho equivale ao nível de serviço de 96% (Z = 1,751),

nível definido, a partir de conversas com o gerente, para o cálculo do estoque de segurança. A

Tabela 6 apresenta o estoque de segurança para cada combustível, em função do lead time

(LT) de 1 ou 2 dias:

Tabela 6: Estoque de Segurança para um nível de serviço de 96%

Combustível Estoque de Segurança (L)

LT = 1 LT = 2

Diesel 4.181 5.912

Diesel S-10 883 1.249

Etanol 680 962

Gasolina 3.037 4.295

Gasolina Aditivada 823 1.164

4.2 Modelo Matemático

O modelo proposto sugere um planejamento para sete períodos da quantidade que deve

ser pedida com o objetivo de atender a demanda prevista e minimizar os custos envolvidos. O

modelo leva em consideração a demanda média de cada período, o estoque inicial, o estoque

de segurança estabelecido e a capacidade de transporte.

O custo de aquisição não foi considerado no modelo, pois este é certa de 100 vezes

maior que a soma dos demais custos. Isso faz com que o modelo considere os demais custos

desprezíveis. Além disso, se o nível de estoque for mantido baixo, a quantidade comprada

será revertida em venda. Dessa forma, o modelo desenvolvido considera somente o custo de

transporte e o de capital.

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O modelo assume que o pedido é recebido no início do dia, ou seja, o estoque inicial já

contabiliza o pedido recebido. Além disso, os pedidos só podem ser recebidos de segunda a

sábado. Por fim, o modelo permite mais de um transporte de combustível por dia.

4.2.1 Definição do Problema

O posto estudado revende N tipos de combustíveis, cada um com uma demanda Dit

para cada período t. A capacidade de armazenamento do item i no período t é Rit. O

abastecimento é feito, a cada t períodos, através de uma carreta com J tanques, que podem

transportar qualquer um dos combustíveis. O tanque j tem capacidade Gj.

O modelo busca encontrar a quantidade que deve ser comprada de cada combustível i

no período t e em qual tanque da carreta deve ser transportado de forma a atender a demanda

e minimizar os custos.

4.2.1.1 Dados de Entrada

T Número de períodos no horizonte de planejamento

N Conjunto de combustíveis

J Conjunto de tanques da carreta

dit Demanda do item i para o período t

Eit Estoque de Segurança do item i no período t

Ri Capacidade de armazenamento no posto do item i

Gj Capacidade de transporte no tanque j da carreta

St Custo de transporte incorrido em cada viagem da carreta no período t

hit Custo de capital do estoque por unidade do item i por período t

4.2.1.2 Variáveis

Xit Quantidade adquirida do item i no período t

Yt Número de viagens feitas pela carreta no período t

Zijt Número de vezes que o item i foi transportado no tanque j no período t

Iit Quantidade estocada do item i ao final do período t

4.2.1.3 Formulação

Min Z = ∑ ∑ ℎ𝑇𝑡=1

𝑁𝑖=1 it Iit + ∑ 𝑆𝑇

𝑡=1 t Yt (17)

S. a. Iit = Ii,t−1 + Xit − dit (i =1,...,N; t =1,...,T) (18)

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∑ 𝑍𝑁𝑖=1 ijt ≤ Yt (j =1,...,J; t =1,...,T) (19)

Xit ≤ ∑ 𝑍𝐽𝑗=1 ijt Gj (i =1,...,N; t =1,...,T) (20)

Yt ≥ 0 (t =1,...,T) (21)

Zijt ≥ 0 (i =1,...,N; j =1,...,J; t =1,...,T) (22)

Xit ≥ 0 (i =1,...,N; t =1,...,T) (23)

Ri ≥ Iit ≥ Eit (i =1,...,N; t =1,...,T) (23)

A Função Objetivo (17) visa minimizar os custos de transporte e armazenagem. As

restrições (18) representam o balanceamento de estoque, na qual a quantidade armazenada no

final do período deve ser igual à quantidade armazenada no período anterior mais a

quantidade adquirida menos a demanda do período. As restrições (19) exigem que cada

tanque transporte apenas um combustível por período e que para que um tanque transporte

combustível, a carreta tem que ser utilizada no período. As restrições (20) exigem que a

quantidade comprada do item i esteja alocada entre os tanques da carreta. As restrições (21),

indicam que o número de viagens feitas pela carreta no período t não pode ser negativa. As

restrições (22) indicam que o número de vezes que o item i foi transportado no tanque j no

período t não pode ser negativo. As restrições (23) indicam que as quantidades adquiridas de

cada item em cada período não podem ser negativas. As restrições (24) exigem que a

quantidade armazenada do item i ao final do período t seja maior que o estoque de segurança

e menor que a capacidade de armazenamento no posto.

4.2.2 Implementação

Para a implementação do modelo matemático foi desenvolvida uma ferramenta no

Microsoft Excel, software que permite a criação de planilhas de cálculo, integrando a

biblioteca de funções UFFLP e o resolvedor CPLEX.

A UFFLP é uma biblioteca de funções que permite a integração entre softwares

resolvedores de modelos de Programação Inteira Mista (PIM) e linguagens de programação

tais como C/C++ e VBA (Visual Basic for Applications). A VBA está presente no Microsoft

Excel facilitando o tratamento dos dados utilizados pelos modelos matemáticos e a análise dos

resultados.

O CPLEX é uma ferramenta da IBM que soluciona problemas de otimização linear

com alto desempenho. Este é um software de uso comercial, que possui licença acadêmica.

O código desenvolvido na linguagem VBA segue o esquema representado na Figura 4:

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Figura 3: Esquema do código de programação

Fonte: Desenvolvido pelo autor

A interface da ferramenta criada é composta por duas planilhas, uma chamada

"Dados", na qual o usuário deve preencher todos os dados de entrada, e outra "Resultado",

que traz a solução encontrada no modelo, com o custo total calculado, a quantidade comprada

de cada combustível em cada período e a indicação de qual tanque deve ser usado para

transportar cada combustível.

Figura 4: Planilha Dados

Leitura dos Dados de Entrada

Criação da Função Objetivo

Criação das Restrições

Solução do Problema

Preenchimento da planilha com os resultados

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Figura 5: Planilha Resultado

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CAPÍTULO 5 - Análise dos Resultados

A análise dos resultados foi feita por meio da comparação entre os resultados obtidos

pelo modelo matemático e os dados reais do posto no período determinado.

A sugestão do modelo foi gerada utilizando-se o método de Horizonte Rolante. Isto é,

uma vez que se espera uma variação entre a demanda real e a estimada, dia a dia o modelo

deve ser atualizado, considerando o estoque real do período. Esse procedimento foi realizado

14 vezes, de modo a se obter a necessidade de reabastecimento do período de 03 a 16 de Abril

de 2016.

Para uma análise mais precisa, utilizou-se como dado de entrada do modelo o estoque

real de abertura do período, apresentado na Tabela 7.

Tabela 7: Estoque Inicial por Combustível

Combustível Estoque Inicial (L)

Diesel 9.992

Diesel S-10 6.563

Etanol 11.566

Gasolina 13.266

Gasolina Aditivada 10.109

Total 51.496

Fonte: Gerente do Posto de Combustíveis

5.1 Análise dos Custos

Inicialmente, utilizou-se a demanda real do período como input para o modelo. Como a

demanda impacta diretamente o resultado gerado, optou-se por usar a demanda real para a

análise da qualidade do modelo, de modo a não ser impactado pelos erros da previsão de

demanda.

O custo total realizado no período foi de R$ 857.408. O modelo gerou um custo de R$

749.822, 13% menor. Para minimizar os custos, o modelo optou por fazer mais viagens no

período e manter menos combustível estocado, como pode ser visto na Tabela 8. Dessa forma,

o modelo sugeriu uma quantidade menor de compra e conseguiu diminuir os custos de

aquisição, que é o mais significativo, em 13%.

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Tabela 8: Comparação entre os custos reais e os custos do modelo considerando a demanda real

Custo Realizado Modelo Variação

Custo de Aquisição R$ 852.799 R$ 745.307 -13%

Custo de Transporte R$ 3.700 R$ 4.070 10%

Custo de Capital R$ 909 R$ 445 -51%

Custo Total R$ 857.408 R$ 749.822 -13%

Analisando o custo total por tipo combustível, o modelo gerou custos menores para

todos os combustíveis, conforme apresentado no Gráfico 3:

Gráfico 3: Custo total por tipo de combustível considerando a demanda real

Como o modelo demonstrou bons resultados no caso em que não há incerteza em

relação a demanda, o próximo passo foi avaliá-lo em relação a demanda estimada. O modelo

novamente apresentou um custo inferior ao praticado no período, desta vez 12% menor que o

custo real. O custo de transporte aumentou em relação ao modelo com a demanda real, pois

foi preciso fazer mais viagens para compensar as variações entre a previsão e a demanda. A

Tabela 9 compara os custos gerados.

Tabela 9: Comparação entre os custos reais e os custos do modelo considerando a demanda prevista

Custo Realizado Modelo Variação

Custo de Aquisição R$ 852.799 R$ 746.352 -12%

Custo de Transporte R$ 3.700 R$ 4.440 20%

Custo de Capital R$ 909 R$ 468 -48%

Custo Total R$ 857.408 R$ 751.260 -12%

O Gráfico 4 mostra que, novamente, o modelo gerou custos menores para todos os

combustíveis. A redução do custo total da Gasolina foi de apenas 2%, porém este combustível

é o que mais impacta os custos totais da empresa e essa redução representou uma economia de

quase R$ 9 mil.

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Gráfico 4: Custo total por tipo de combustível considerando a demanda prevista

O Gráfico 5 compara o custo de aquisição praticado pelo posto com o gerado pelo

modelo por período. A partir dele, é possível perceber que o de modelo gera pedidos com

maior frequência, o que permite compras diárias de valores menores. A política atual optou

por pedidos com valores mais estáveis por pedido, porém maiores. O valor máximo gerado

pelo modelo no período foi de R$ 125.000, enquanto que o real foi de R$ 160.000.

Gráfico 5: Custo de Aquisição por Período

5.2 Projeção do Estoque

A comparação entre os custos reais e os custos gerados pelo modelo foi importante

pois provou que o modelo consegue gerar uma economia significativa em relação aos custos

praticados atualmente. Porém, é fundamental analisar o comportamento do estoque no período

analisado para verificar se houve rupturas, e consequente perda de venda.

O Gráfico 6 representa a evolução real do estoque no período analisado. No eixo x,

estão representados os dias e no eixo y, a quantidade de combustível em litros. A área em

laranja representa o nível de estoque, as barras azuis são a quantidade comprada em cada dia,

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as barras verdes referem-se à demanda real, a linha pontilhada em cinza representa o estoque

de segurança e os pontos vermelhos são a capacidade máxima de armazenamento nos tanques

do posto.

Gráfico 6: Evolução real do estoque no período

A partir do Gráfico 6, é possível perceber que há grande variação no nível de estoque,

de 35 mil a 73 mil litros armazenados. O estoque médio no período é de 57 mil.

O Gráfico 7 exibe a mesma visão do Gráfico 6, porém é uma projeção considerando a

sugestão de compra do modelo matemático. Tal sugestão levou em consideração a demanda

prevista, porém a projeção descontou do estoque a demanda real do dia. Dessa forma, as

barras verdes referem-se a demanda real do período e não a demanda estimada.

Gráfico 7: Projeção do estoque com base na sugestão do modelo

Comparando os Gráficos 6 e 7, percebe-se que o cálculo de necessidade do modelo

gera menos estoque se comparado à quantidade armazenada no período. O estoque médio é de

29 mil litros, 52% menor. O nível de estoque também oscila ao longo dos dias, porém a

variação é menor, de 15 mil a 48 mil litros de combustível estocado. Além disso, é possível

perceber que o modelo sugere pedidos menores, porém com maior frequência. Está é uma boa

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estratégia, pois como o tempo de reação é curto, não é necessário manter um nível alto de

estoque.

O Gráfico 8 deixa mais evidente a comparação entre os níveis de estoque. Analisando

a linha vermelha, que representa o estoque gerado pelo modelo, é possível perceber que há

uma tendência de queda. Isso mostra que o modelo trabalha com um nível mais baixo de

estoque e que nos primeiros dias o estoque está mais alto pois é reflexo do estoque de abertura

do período. A linha azul mostra o estoque real do período, muito acima do estoque gerado

pelo modelo.

Gráfico 8: Nível de Estoque por Período

Para identificar possível ruptura de estoque, é preciso analisar o comportamento de

cada combustível no período, uma vez que na visão agregada, o estoque de um combustível

pode ocultar a falta de outro. Os gráficos a seguir apresentam a projeção do estoque para cada

combustível, considerando a sugestão do modelo. Vale ressaltar que os mesmos estão com

escalas diferentes de quantidade para facilitar a visualização.

Gráfico 9: Projeção do Estoque do Diesel

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Analisando o Gráfico 9, é possível identificar que o nível de estoque de Diesel ficou

abaixo do estoque de segurança no dia 13. Isso ocorreu devido à variação entre a demanda

real e a estimada, ou seja, a venda foi maior que a quantidade estimada para o período e o

estoque de segurança foi utilizado para garantir que não houvesse perda de venda.

Gráfico 10: Projeção do Estoque do Diesel S-10

O Gráfico 10 mostra que o modelo conseguiu manter um nível baixo de estoque de

Diesel S-10, próximo do estoque de segurança. Mesmo assim, não houve ruptura de estoque.

Gráfico 11: Projeção do Estoque do Etanol

O Etanol começou o período com excesso de estoque, com um nível 9 vezes maior que

a demanda média do período. Tal excesso foi consequência do estoque inicial do período

analisado. Para regularizar a situação, o modelo sugeriu quantidades pequenas de compra,

como pode ser visto no Gráfico 11.

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Gráfico 12: Projeção do Estoque de Gasolina

O Gráfico 12 mostra que em todos os dias, exceto o primeiro, o nível de estoque de

Gasolina esteve acima do estoque de segurança. Além disso, o estoque máximo apresentado

no período foi no dia 7, que representou 2,5 vezes a demanda do período. Portanto, com a

compra sugerida pelo modelo, não houve excesso nem falta do combustível.

Gráfico 13: Projeção do Estoque de Gasolina Aditivada

A Gasolina Aditivada também se mostrou com estoque elevado devido ao estoque

inicial. Este foi um combustível que o modelo não manteve um mesmo comportamento de

estoque ao longo dos dias. O estoque manteve-se alguns dias mais alto, enquanto que no final

ficou bem próximo do estoque de segurança. Apesar da oscilação do patamar de estoque

apresentando no Gráfico 13, não houve excesso nem ruptura de estoque.

Com base nos gráficos de projeção apresentados, é possível identificar que não houve

ruptura de estoque e que o estoque de segurança cumpriu seu papal, protegendo o estoque

quando a demanda superou a previsão.

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5.3 Cobertura de Estoque

A cobertura de estoque foi calculada para cada combustível segundo a Equação 4,

apresentada no Tópico 2.2.5. O resultado está resumido no Gráfico 14:

Gráfico 14: Cobertura de estoque em dias por combustível

A partir da análise do Gráfico 14, percebe-se que a cobertura de estoque reduziu em

todos os combustíveis. O Etanol apresentou uma cobertura comparativamente maior que a dos

demais combustíveis, tanto a real, quanto a gerada pelo modelo, devido ao estoque de abertura

do período. De fato, mesmo com a redução ao longo dos dias, o estoque médio permaneceu

alto quando comparado com a demanda média. A Gasolina foi o combustível que apresentou

a maior redução de cobertura, de 2,8 para 1,2 dias. A partir da análise da projeção do estoque

deste combustível no Gráfico 12, fica evidente que não houve falta de produto e que a redução

foi bastante eficaz.

A cobertura média para o total de combustíveis foi calculada por meio da Equação 4,

utilizando-se valores a preço de custo. O modelo gerou uma cobertura média de 1,60 dias,

enquanto que a cobertura media real do período foi de 3,11 dias, uma redução de 50%,

conforme resumido na Tabela 10. Esse valor indica que o posto conseguiria vender seu

combustível, em média, 1,60 dia após a sua aquisição. Essa é uma redução significativa e

muito relevante, pois mesmo com um tempo menor de combustível estocado, o mesmo

garantiu a demanda do período.

Tabela 10: Cobertura média de estoque em dias

Realizado Modelo Variação

3,11 1,60 -50%

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5.4 Giro de Estoque

O giro de estoque de cada combustível no período foi calculado da Equação 3

apresentada no Tópico 2.2.4. O resultado pode ser visto no Gráfico 15:

Gráfico 15: Número de giros de estoque no período por combustível

O giro de estoque aumentou para todos os itens. O Etanol foi o único combustível que

não apresentou um aumento expressivo, pois já estava com estoque elevado na abertura do

período analisado, fazendo com que o modelo gerasse poucos pedidos de compra. A Gasolina

se destacou com um aumento de 126% em relação ao giro real do período.

O giro médio para o total de combustíveis foi calculado através da Equação 4, com

valores a preço de custo A necessidade de compra calculada pelo modelo obteve um giro de

estoque de 8,74, ou seja, o estoque foi renovado 8,74 vezes durante o período. Em relação ao

giro real, o modelo gerou um aumento de 94% no período.

Tabela 11: Giro médio de estoque no período

Realizado Modelo Variação

4,51 8,74 94%

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CAPÍTULO 6 - Conclusão

Este projeto propôs um modelo de Programação Linear Inteira com o objetivo de

minimizar os custos relacionados ao estoque de um posto de combustíveis e de melhor alocar

o combustível comprado nos tanques da carreta de transporte.

Desenvolveu-se uma ferramenta em MS Excel de fácil manuseio e que permite ao

posto fazer um planejamento de compra para 7 dias de forma rápida e automática. Com os

inputs preenchidos, a ferramenta retorna a quantidade que deve ser comprada de cada

combustível por dia, em qual tanque cada um deve ser transportado e os custos que essa

compra representará. No entanto, como qualquer ferramenta, a mesma deve ser utilizada

como auxílio na tomada de decisão, ou seja, funciona como um direcionador no momento da

compra.

A análise do resultado gerado pelo modelo apontou uma economia nos custos e nos

níveis de estoque da empresa. Para tanto, o modelo sugeriu pedidos menores, porém com uma

frequência maior. Tal fato permitiu o aumento de 94% no giro de estoque e uma queda na

cobertura de 3,11 para 1,60 dia. Tais melhorias são de fundamental importância, pois garante

o aumento da capital de giro e da margem de lucro.

Mesmo com a redução no nível de estoque, as análises mostraram que não houve

ruptura de estoque. Na maioria dos casos, o estoque manteve-se próximo do estoque de

segurança definido. Nos poucos momentos em que ficou abaixo do nível de segurança, a

variação não passou de 30%. Portanto, a compra sugerida pelo modelo foi satisfatória para

atender a demanda do período e o estoque de segurança estabelecido com nível de serviço de

96% foi suficiente para atender as incertezas presentes no planejamento da demanda.

Por outro lado, com o aumento do número de viagens, além do aumento do custo de

transporte em 20%, houve um impacto ambiental grave: o aumento das emissões de gás

carbônico. É importante que o posto estudado tenha consciência do impacto gerado e busque

formas alternativas para reduzir suas emissões.

Como o modelo depende fortemente da demanda estimada, um erro de previsão pode

prejudicar o desempenho financeiro do posto. No caso de uma previsão que superestime a

demanda, o modelo sugerirá uma quantidade de compra acima da necessária, o que pode

causar excesso de estoque. Isso fará com que os custos com estoque se elevem e que terão que

ser cobertos pelos lucros obtidos na venda. Outra situação que pode ocorrer é uma previsão

que subestime a venda, forçando o modelo a calcular uma necessidade abaixo da real. Caso a

previsão seja realmente muito baixa, o estoque de segurança pode não cobrir a venda e a

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consequência poderá ser a perda da venda, pois o consumidor pode não estar disposto a

abastecer com um combustível similar.

Dessa forma, estudos futuros podem se aprofundar na análise da previsão de demanda.

Outro ponto interessante é aprimorar o modelo de modo a considerar o custo de perda de

venda e o impacto ambiental gerado pelo transporte de combustíveis. A última sugestão é

calcular o estoque de segurança por dia da semana, de modo a obter um valor mais preciso e

reduzir ainda mais o nível de estoque.

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