Production scheduling in the process industry

The purpose of this paper is to formulate an optimization model for the production scheduling problem at continuous production sites. The production scheduling activity should produce a monthly schedule that accounts for orders and forecasts of all products. The plan should be updated every day, with feedback on the actual production the previous day. The actual daily production may be lower than the planned production due to disturbances, e.g. disruptions in the supply of a utility. The work is performed in collaboration with Perstorp, a world-leading company within several sectors of the specialty chemicals market. Together with Perstorp, a list of specifications for the production scheduling has been formulated. These are formulated mathematically in a mixed-integer linear program that is solved in receding horizon fashion. The formulation of the model aims to be general, such that it may be used for any process industrial site

Evaluation of cost drivers within public bus transports in Sweden

The supply of public transport in Sweden has been continuously increasing and as a consequence thereof, the cost for bus traffic has also increased. However, many indicators show that costs for public transports in Sweden in recent years have increased more than supply. Therefore, the aim of the present study is to test and evaluate the importance of the nine previously identified cost drivers (Camén & Lidestam, 2016) of public bus transports in Sweden. A mixed-method design, which included both focus groups and a questionnaire, was used. The questionnaire, with quantitative rating scales, was sent to representatives from the bus operators and from the Public Transport Authorities (PTAs). In the focus groups, industry associations, consultants, and politicians also participated. The results reveal what the dominating cost factors are, as well as the factors considered to be the most important, according to actors within the Swedish bus transport sector. The most important cost driver identified is peak traffic and the costs of its consequences

Supply chain optimization in the forest industry

The scope of this thesis is modelling and solving large-scale planning problems in the supply chain within the forest industry. Five research papers are included, the first three of which focus on the modelling, and the last two on the solution methods. All problems included are tactical multi-commodity problems expressed as mixed integer programming (MIP) models. The work has been done in collaboration with two Swedish companies within the forest industry. In Paper I, a problem concerning the supply chain of forest fuel for Sydved Energileveranser AB is modelled and solved. We study the problem of deciding when and where forest residues are to be converted into wood chips, and how the residues and chips are to be transported and stored in order to satisfy energy demand at heating plants. The company has long-term contracts with forest owners and saw mills. Decisions in the model include whether or not additional harvest areas and saw mills are to be contracted and which terminals to use. The planning horizon is one year and monthly time periods are used. Papers II--V are based on planning problems at Södra Cell AB. The planning horizon is normally one year. Papers II--III consider only one time period. In Paper II the supply chain from pulp mills to customers is modelled and the combined problem of deciding terminal locations and which ship routes to use is studied. Shipping vessels chartered on short or long term are used to transport products to terminals in Europe. From each terminal, the products are transported to customers by truck, train, or a combination of both. In addition, trains and trucks can be used for transports directly to customers from mills. In Paper III the entire supply chain, from harvest areas to customers, is considered. Decisions included are transportation of raw materials, production mix, the distribution of pulp products, and the selection of potential orders and their quantities at customers. The ship routes are considered as flow links. In Papers IV--V the problems in Papers II--III are combined into one model and several time periods are used. Lagrangian heuristics based on Lagrangian decomposition are used as solution methods in both papers. In Paper IV, the approach leads to subproblems for each time period, whereas in Paper V, another approach that results in subproblems for different parts of the supply chain is developed. All models are based on real data from the companies. The models are detailed and describe the problems accurately. The solution methods are developed such that the solution time is kept within practical limits. Results from Papers II--III have been used by Södra Cell AB to support the change of the terminal structure as well as in budget planning.Denna avhandling presenterar matematiska modeller och lösningsmetoder för optimering av olika logistikproblem inom skogsindustrin. Vi studerar försörjningskedjor för skogsbränsle och massaproduker, och beaktar den årliga planeringen i syfte att optimera flödet. Det första problemet behandlar skogsbränsle och är ett samarbete med Sydved Energileveranser AB. Råmaterial i form av grenar och toppar från avverkningsplatser ska flisas och transporteras till värmeverk, eventuellt via terminaler. Det finns möjlighet att flisa både i skogen och på terminaler. Biprodukter från sågverk kan också användas som råmaterial. Vid behov kan utbudet av råmaterial utökas genom att fler avverkningsplatser och sågverk kontrakteras. Värmeverken har en efterfrågan, angiven i kWh per månad, som ska uppfyllas. Exempel på beslut som ska tas är var flisning ska ske, om nya avverkningsplatser ska kontrakteras, var lagring ska ske, samt hur och när skogsbränslet ska transporteras. Nästföljande problem behandlar massaprodukter och är ett samarbete med Södra Cell AB. Olika sorters massaved från skogen och biprodukter från sågverk utgör råmaterial för produktion av massaprodukter. Råmaterialet transporteras till massabruk för tillverkning enligt specificerade recept. De färdiga produkterna transporteras sedan med fartyg till terminaler i Europa. Från terminalerna transporteras produkterna vidare till pappersbruk, vilka är företagets slutkunder. Massaprodukterna transporteras i vissa fall med lastbil eller tåg direkt från massabruken till kunderna. Efterfrågan är angiven inom vissa gränser i olika order. Vissa order är fasta, vilket innebär att dess efterfrågan måste uppfyllas, medan andra order är fria. Exempel på beslut som ska tas är vilka bruk olika produkter ska produceras på, hur många och vilka terminaler som ska användas, samt hur transporterna ska utföras för att ge bästa resultat. Utifrån ovanstående beskrivningar har matematiska modeller formulerats. Ge-nom att lösa dessa kan vi få svar på logistik- och transportfrågorna och ett optimalt flöde kan hittas. För att lösa modellerna har kommersiell programvara använts. Heuristiker och mer avancerade optimeringsmetoder har också utvecklats i syfte att producera bra lösningar snabbare.Article 4 was a manuscript entitled "Solving a multi-period supply chain problem for a pulp industry using Lagrangian heuristics based on time periods" at the time of the thesis defence.</p

Dominating factors contributing to the high(er) costs for public bus transports in Sweden

The purpose of this study is to deepen the understanding of what are the underlying reasons for the increasing cost of public transport in general and bus services in particular in a Swedish context. Data were collected through in-depth interviews with managers at the bus operators as well as the authority organizations. This paper contributes by identifying nine categories that can be the dominating factors behind the increasing costs of public bus services in Sweden. The identified categories of cost drivers are; of traffic appearance (peak times), greening of buses, age requirements, the contract period, the accessibility customization, special requirements on buses, collective agreements (working time regulation), tendering and contracting process, and finally, counterproductive political governance. It can be concluded that many of the cost drivers originate from the circumstances of the process of public procurement, such as different demands for different regions in Sweden as well as the trade-off between the bus operators\u27 wishes for higher flexibility in the contracts and the traffic authorities\u27 fear of more risks and thereby higher bids in the end

Use of Lagrangian decomposition in supply chain planning

The integrated planning of transportation of raw material, production and distribution of products of the supply chain for a large pulp company is studied. The planning period is one year and a number of time periods are considered. The tactical decisions included in the model regard transportation of raw materials from harvest areas to pulp mills, production mix and contents at pulp mills, distribution of pulp products from mills to customers either via terminals or directly, and the selection of potential orders and their levels at customers. A mixed integer linear programming model for the supply chain problem is developed. The main solution method in this paper is a Lagrangian heuristic method based on Lagrangian decomposition. The heuristic divides the problem into two subproblems representing different physical stages in the supply chain, each including several time periods. The advantage of the proposed solution approach is that it generates feasible solutions of high quality in short time. A number of cases based on real data is analysed.Original Publication:Helene Lidestam and Mikael Ronnqvist, Use of Lagrangian decomposition in supply chain planning, 2011, Mathematical and computer modelling, (54), 9-10, 2428-2442.http://dx.doi.org/10.1016/j.mcm.2011.05.054Copyright: Elsevierhttp://www.elsevier.com

Optimerad offentlig uphandling av busstjänster : Miljökonsekvenser av dagens detaljerade upphandling av busstrafik

Resultatet från beräkningarna indikerar att det finns en attraktiv potential i att ändra upphandlingsform till mer flexibla och mindre detaljerade kontrakt som är värd att undersöka vidare, inte minst i termer av mindre emissioner, men också i form av lägre kostnader. En potential som är gynnsam för alla parter som är inblandade i den offentliga upphandlingsprocessen av busstransporter, myndigheter, bussentreprenörer samt kunderna. Resultatet, som är logiskt har sin grund i ett effektivare resursutnyttjande av bussarna, d.v.s. en anpassning av busstorlek efter behov.Den allmänna fallstudien visade på sänkta nivåer av CO2-emissioner då kontrakten var mer flexibla och innehöll färre restriktioner när det gäller val av busstyp. Nivåerna av CO2-emissioner minskade med 34 % då man jämförde det mest flexibla scenariot (scenario 4) med nuvarande situation i aktuellt område i Västtrafik (scenario 1). Resultaten från den specifika fallstudien indikerar att även kostnaderna kan minskas beroende på hur effektivt tilläggsbussarna kan planeras. Resultaten indikerar att emissionerna kan minska med upp till 47 % genom att använda mindre bussar i trafiken och att kostnaderna i värsta fall kommer att stiga med 10%. Vi kan i vilket fall som helst konstatera att det finns möjligheter att även minska kostnaderna genom att förbättra planeringsmöjligheterna. Detta skulle t.ex. kunna göras genom att expandera det område som ska planeras i syfte att bättre kunna dra fördel av samordningseffekter och stordriftsfördelar. Andra transportentreprenörer, såsom exempelvis taxiverksamhet, skulle kunna användas i tillägg till de ordinarie bussarna för att kunna öka flexibiliteten och kunna utnyttja bussarna mer effektivt. Fyllnadsgraden på bussarna i allmänhet kan förmodligen höjas om omloppen kan planeras utifrån en önskan om en jämn nivå av passagerare. Antalet på- och avstigande gällande de studerade bussturerna i den specifika fallstudien varierar mycket längs med turerna. Möjligheten att använda parkeringsplatser utmed turerna i tillägg till att använda bussgarage skulle minska antalet kilometer med tomma bussar. Ovanstående möjligheter kan utgöra riktningar för fortsatt forskning inom området för att ytterligare visa på möjligheterna att reducera både CO2-emissionerna såväl som kostnaderna betydligt. I syfte att få en mer heltäckande bild av området skulle andra aspekter såsom passagerarnas inställning till bussresande och fullsatta bussar samt beteende vid resande kunna beaktas i fortsatt forskning.Resultaten från våra beräkningar visar att detaljerade krav i kontrakten som är resultatet av den offentliga upphandlingsprocessen leder till ökade CO2-emissioner och troligtvis generellt högre kostnader. Därför anser vi det vara högst motiverat för politikerna att utvärdera det svenska systemet. Denna forskning kommer därför att bidra till det övergripande målet att reducera CO2-emissionerna. Aktörerna inom bussbranschen borde även vara intresserade av att få insikt i hur färre restriktioner i kontrakten kommer att påverka dem.Resultaten visar också styrkan i projektets systemansats, där vi har vidgat systemgränserna och gjort våra beräkningar för systemet som helhet. Det har tillåtit oss att betrakta systemet som aktörsneutralt vilket innebär att vi inte begränsas i vår44forskning av t. ex. legala hinder, organisatoriska barriärer, planeringsmässiga problem och praktiska begränsningar. Istället har vi optimerat systemet som helhet i syfte att minimera CO2-emissionerna och därefter kompletterat med beräkningar gällande vilka företagsekonomiska konsekvenser en implementering av ett sådant system skulle medföra, först därefter har vi lyft fram de eventuella problem som i så fall måste lösas.Riktningar för fortsatt forskning skulle kunna vara att jämföra data från denna region med andra regioner i Sverige. Ett annat närliggande problem är att finna den optimala storleken på bussarna i tillägg till att beakta en bussflotta av en given storlek

Applying heuristics in supply chain planning in the process industry

In this paper a mixed-integer linear programming (MILP) model is developed to be used as a decision support tool for the chemical company Perstorp Oxo AB. The intention with the mathematical model is to maximize the profit and the model can be used in the process of planning the supply chain for the company. Perstorp Oxo is classified as a global company in the process industry and is has production sites in Gent, Castellanza, Stenungsund and Perstorp. The site in Stenungsund is in focus in this paper. The company produces chemicals that later are used for example in textiles, plastic and glass production. Perstorp Oxo also uses inventories in other countries for enabling the selling abroad. It has two larger inventories in Antwerp and in Tees and two smaller in Philadelphia and in Aveiro. The larger facilities store five different products and the smaller take care of one type each. To be able to find feasible and profitable production plans for the company we have developed and implemented rolling horizon techniques for a time horizon of one year and used real sales data. The outcomes from the model show the transportation of products between different production sites, the different production rates, the levels of inventory, setups and purchases from external suppliers. The numerical results are promising and we conclude that a decision support tool based on an optimization model could improve the situation for the planners at Perstorp Oxo AB. (C) 2020 by the authors; licensee Growing Science, CanadaFunding Agencies|Swedish Foundation for Strategic Research (SSF)Swedish Foundation for Strategic Research</p