Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro

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1 Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro Vitor José Azevedo Marques Um método heurístico de distribuição. Estudo de caso: distribuição de sementes a partir de um Centro de Distribuição Dissertação de Mestrado Dissertação apresentada como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre pelo Programa de Pós- Graduação em Logística do Departamento de Engenharia Industrial da PUC Rio Orientador: Professor José Eugênio Leal Rio de Janeiro Setembro de 2007

2 Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro Vitor José Azevedo Marques Um método heurístico de distribuição. Estudo de caso: distribuição de sementes a partir de um Centro de Distribuição Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre (opção profissional) pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção do Departamento de Engenharia Industrial da PUC Rio. Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada. Prof. José Eugênio Leal Orientador Departamento de Engenharia Industrial PUC-Rio Professora Maria Cristina Fogliatti de Sinay IME Professor Nélio Pizzolato PUC-Rio Professor José Eugênio Leal Coordenador (a) Setorial do Centro Técnico Científico - PUC-Rio Rio de Janeiro, 24 de setembro de 2007.

3 Todos os direitos reservados. É proibida a reprodução total ou parcial do trabalho sem autorização da universidade, do autor e do orientador. Vitor José Azevedo Marques Graduou-se em Engenharia de Produção pela UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro) em 1999 e MBA em Logística pela FGV (Fundação Getúlio Vargas Rio) em Atualmente é sócio diretor da Visagio, empresa de consultoria com forte atuação na área de Engenharia de Gestão. Sua carreira profissional sempre foi focada nas áreas de Logística e Supply Chain. Trabalhou por 5 anos no Grupo Wilson, Sons participando da implementação da divisão de operações logísticas do grupo, por 2 anos no Centro de Estudos em Logística (CEL/COPPEAD) participando de vários projetos, pesquisas e treinamentos e por 4 anos na Hermes, empresa do segmento de venda direta onde foi gerente de distribuição da empresa. Ficha Catalográfica.Marques, Vitor José Azevedo Um método heurístico de distribuição : um estudo de caso: distribuição de sementes a partir de um centro de distribuição / Vitor José Azevedo Marques ; orientador: José Eugênio Leal f. : il. (col.) ; 30 cm Dissertação (Mestrado em Engenharia Industrial) Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Inclui bibliografia 1. Engenharia industrial Teses. 2. Logística. 3. Transporte. 4. Distribuição. 5. Heurística. I. Leal, José Eugênio. II. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Industrial. III. Título. CDD: 658.5

4 Aos meus pais, incentivadores contumazes, por terem desde cedo me orientado na direção de uma sólida formação acadêmica. Aos meus irmãos, companheiros de conquistas, por termos aproveitado de forma inteligente toda a energia que nossos pais canalizaram para a nossa formação. A Alynne Karla Mathias Netto, minha esposa, por entender a importância desta conquista e me apoiar nos momentos mais difíceis desta caminhada.

5 Agradecimentos Ao orientador, Prof. José Eugênio Leal pela ajuda e compreensão em me orientar em meio a um novo desafio profissional e a rotina imposta pela vida profissional. Aos diretores da Wilson, Sons, em especial ao Srs. Sergio Garcia e Luiz Sérgio Fisher pelo incentivo e patrocínio deste mestrado.

6 Resumo Marques, Vitor José Azevedo, Leal, José Eugênio (Orientador). Método heurístico de distribuição. Estudo de caso: distribuição de sementes a partir de um Centro de Distribuição. Rio de Janeiro, p. Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Industrial, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Este trabalho faz reflexões sobre como é possível avançar na melhoria do gerenciamento de transporte, especificamente em relação às decisões mais operacionais, como a roteirização, através de métodos heurísticos simples e já difundidos na literatura. Utilizando um estudo de caso, é possível apresentar os benefícios da mudança de um método empírico de roteirização, totalmente baseado nos conhecimentos tácitos, para a aplicação de um método de criação de áreas de entregas e definição de rotas fixas de forma empírica. Além desta análise, o trabalho também apresenta a aplicação de um método dinâmico de roteirização utilizando o método de Clarke e Wright. Da comparação dos resultados obtidos surgem sugestões de criação de rotinas e ferramentas para aplicação do método, de forma consistente e definitiva, na operação da empresa do estudo de caso. Palavras-chave Logística, Transporte, Distribuição e Heurística

7 Abstract Marques, Vitor José Azevedo, Leal, José Eugênio (Advisor). A heuristic method of distribution. Study of case: seeds distribution from a DC. Rio de Janeiro, p. MSc. Dissertation Departamento de Engenharia Industrial. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. In this research some considerations are made about the possibility of improving making the transportation management, specifically in operations decisions, like routing vehicles, using simple and well known heuristic methods mentioned in the literature. Using a case study, it is possible to show the benefits of changing an empirical routing method based on implicit knowledge towards an empirical application using fixed routes. In additional, is applied a dynamic routing method: the Clarke and Wright s Method. Results are compared, and after that are recommended routine and tools development to use this application method, consistent and emphatically, in the company case study operation. Keywords Logistics, Transportation, Distribution and Heuristics

8 Sumário 1. Introdução Justificativa Objetivo geral Objetivos específicos Metodologia de trabalho Estrutura do trabalho Limitações do estudo Logística Definição de logística Evolução da logística para a integração das funções logísticas: a logística integrada A função de transporte no contexto da logística integrada As principais decisões associadas à função de transporte A rede logística Problemas de roteirização Conceitos e parâmetros do problema básico de roteirização Classificação do problema de roteirização segundo alguns autores Aspectos de roteirização segundo Bodin Aspectos de roteirização segundo Assad Aspectos de roteirização segundo Clark e Wright Aspectos de roteirização segundo Koskosidis e Powell Aspectos de roteirização segundo Salhi e Rand Aspectos de roteirização segundo Ballou Estudo de caso A importância da agroindústria para o Brasil A empresa Os resultados capturados através do método de rotas fixas Aplicação da ferramenta logware no estudo de caso Apresentação e análises dos resultados Apresentação dos resultados Análises Conclusões e recomendações Recomendações 99 Referências bibliográficas 100

9 Lista de Figuras Figura 1 - Agrupamento das principais decisões de transporte aos períodos de planejamento marques (2002) 15 Figura 2 Figura esquemática dos componentes de um sistema logístico 25 Figura 3 Figura representativa das potencias origens do SCM. 27 Figura 4 Representação da relação entre as áreas funcionais com o conceito de logística integrada, segundo Fleury (2000) 28 Figura 5 Representação das principais decisões de transporte no contexto da logística integrada, segundo marques (2002) 30 Figura 6 Exemplo de paradas boas e ruins (Ballou, 2001). 36 Figura 7 Formulação do problema de Clarke e Wright 48 Figura 8 Formulação do problema de capacitated clustering problem, segundo Koskosidis e Powell (1992) 52 Figura 9 Cálculo do benefício do método alterado de Clarke e Wright por um índice α no fator de redução do benefício 54 Figura 10 Esquema de representação teórica para o impacto do índice α aplicado na fórmula do cálculo do benefício do método alterado de Clarke e Wright 55 Figura 11 Exemplo de problema para aplicação do método da rota mais curta 57 Figura 12 Conceito do calculo do benefício para o método das economias 62 Figura 13 Perfil de distribuição 71 Figura 14 - Tela de acesso às ferramentas do logware. no centro da tela pode ser notado um botão de nome Router utilizada para realizar a roteirização 85 Figura 15 Tela de abertura do sistema Router do pacote logware com a descrição de cada um dos inputs necessários 86 Figura 16 - Perfil da base de dados importada pela ferramenta Router 86 Figura 17 Padrão de relatório de saída do Router 87 Figura 18 Exemplo de mapa gerado pelo Router 88 Figura 19 - Rotas geradas pelo Router para o dia 10 de novembro 95 Figura 20 - Rotas geradas pelo Router para o dia 08 de outubro 95

10 Lista de Tabelas Tabela 1 - Matriz de transporte de carga e valores dos fretes médios em Us$/ Ton.km Fleury (2002) 14 Tabela 2 - Tabela com valores de frete rodoviário praticados por empresas Coelho Lima (2006) 16 Tabela 3 Aplicação do método da rota mais curta para resolução do problema proposto na figura Tabela 4 Tipos de veículos 71 Tabela 5 Parte da tabela de associação entre os municípios e seus clusters a cada período 78 Tabela 6 Tabela com as datas que servirão de referência para comparação 83 Tabela 7 - Tabela com parte dos dados utilizados para realizar a regressão apresentada no gráfico 8 89 Tabela 8 - Dados agregados das comparações entre os modelos 93

11 Lista de Gráficos Gráfico 1 - Representação de uma curva teórica de custo total. cada um dos custos possui uma natureza distinta e uma influência também distinta na composição da curva de custo total Ballou (2001). 32 Gráfico 2 Representação do custo por tipo de veículo por faixa média de distância 73 Gráfico 3 Representação do perfil de atuação de cada tipo de veículo em função da faixa de distância 74 Gráfico 4 - Sazonalidade da operação da marques distribution seeds 77 Gráfico 5 Comparação da alteração do mix da frota 79 Gráfico 6 - Variação do volume de entrega por região 83 Gráfico 7 Participação percentual dos períodos no volume total distribuído 84 Gráfico 8 Representação da correlação entre a distância real e a distância cartesiana 89 Gráfico 9 Capacidade por tipo de veículo e o custo referenciado em relação ao veículo tipo 4 91 Gráfico 10 Total de veículos utilizados nos 10 dias analisados 91 Gráfico 11 Análise da capacidade de transporte utilizada em cada modelo taxa de utilização da frota 92 Gráfico 12 Dados comparativos de desempenho de cada um dos métodos 96 Gráfico 13 Comparativo percentual entre os indicadores do modelo de Clarke e Wright e de rotas fixas 97

12 De súbito, o trem penetrou terras coléricas... O resmungão dos ermos não titubeava diante dos trechos difíceis das encostas. Engolia-os a cada metro. Curvas emendavam-se umas às outras, tal cobra fustigada sob vara de marmelo. Outras vezes, transmudava-se em dragão indócil e solitário, bicho estranho e zangado liberado pela gare. Antônio Kleber Mathias Netto, À Sombra do Barbaquá, 2005.

13 1. Introdução A necessidade de consumo de produtos que não são produzidos localmente é uma demanda antiga. Já neste passado distante, produtos eram transportados das suas áreas de produção para atendimento de mercados distantes, mesmo contando com um sistema de transporte pouco estruturado e com sérias restrições de armazenagem para produtos perecíveis (BALLOU, 2001). São várias menções das funções de transporte e armazenagem na história da humanidade, mas na literatura especializada a origem do conceito de logística está intrinsecamente ligado ao meio militar aonde é empregado com muita ênfase até os dias de hoje. Segundo Christopher (1997), falhas de logística podem explicar parte dos resultados de guerras famosas como, por exemplo, a derrota da Inglaterra na independência dos Estados Unidos da América. Para Ballou (2001), o avanço do comércio global levou a uma especialização de produção de bens específicos em cada região do mundo ( princípio da vantagem comparativa ), pois sistemas de transporte mais ágeis e sistemas de armazenagem mais estruturados permitem que praticamente todo tipo de produto possa ser movimentado ao longo do globo. Ainda segundo Ballou (2001, p.21), é neste contexto que surge a missão da logística sob a ótica empresarial: A missão da logística é dispor a mercadoria ou o serviço certo, no lugar certo, no tempo certo e nas condições desejadas, ao mesmo tempo em que fornece a maior contribuição à empresa. Neste contexto, as empresas passam a definir suas estratégias de posicionamento logístico, definindo quais mercados atingir e com que nível de serviço estes mercados deverão ser atendidos. Este decisão bipolar formada de um lado por questões de mercado (demanda e serviço) e por outro do lado do custo é o trade-off mais conhecido na logística.

14 14 Planejar, operar, gerenciar, monitorar e controlar as funções de logística representam grandes custos para as empresas. Em um foco macroeconômico, Lima (2006) demonstra que os custos logísticos no Brasil significam 12,63% do Produto Interno Bruto (PIB), enquanto nos EUA significam 8,19%. Em valores absolutos, o transporte é o item de custo de maior representatividade para esta diferença relativa entre os custos logístico do Brasil e dos EUA. Ainda segundo Lima (2006), boa parte desta diferença é ocasionada pelo uso inadequado dos modais de transporte. Na Tabela 1 é possível verificar a diferença percentual que existe entre Brasil e EUA no uso dos modais, além da distorção no valor médio dos fretes médios praticados por modal. Sem dúvida a explicação macroeconômica da diferença dos custos logísticos segue esta linha, mas é importante avaliar que, se existe uma decisão inadequada com relação ao modal a ser utilizado, há sempre alguém tomando esta decisão. Desta forma, olhando para o ambiente microeconômico, ou seja, no contexto das organizações, os custos logísticos podem significar entre 4% e 30% do valor da receita bruta, segundo Ballou (2001). Deste montante, tanto Ballou (2001) quanto Fleury (2002) afirmam que na média o transporte significa cerca de dois terços (2/3) do custo logístico total. Modal Brasil US$ % de carga 1000.Ton.Km % de carga EUA US$ 1000.Ton.Km Aéreo 0,1% 602 0,4% 898 Dutoviário 4,5% 18 15,1% 9 Aquaviário 12,2% 24 15,5% 9 Rodoviário 59,3% 73 29,5% 274 Ferroviário 23,8% 12 39,6% 17 Tabela 1 - Matriz de transporte de carga e valores dos fretes médios em US$/ 1000.ton.km Fleury (2002)

15 15 As decisões de transporte podem ser divididas em grupos: estratégico, tático e operacional. As decisões estratégicas são aquelas ligadas ao longo prazo; as decisões táticas são aquelas ligadas ao planejamento de médio prazo; e as operacionais aquelas que remetem ao dia-a-dia da operação. Na Figura 1 apresentam-se algumas das decisões relacionadas a cada grupo (FLEURY, 2002). Principais Decisões de Transporte Estratégico Tático Definição de rede logística; Propriedade da frota; Seleção de Modais; Definição da Organização Seleção, contratação e gestão do relacionamento Dimensionamento da frota Sistema de Monitoramento e Controle Gestão de Risco Planejamento de Transporte (In & Outbound) Operacional Roteirização Consolidação de carga Alocação de carga por transportadora Monitoramento (Serviço, roubo, custos, avarias, etc) Figura 1 - Agrupamento das principais decisões de transporte aos períodos de planejamento Marques (2002) Existe um número incrível de possibilidades de estudos ligados às várias decisões relacionadas ao transporte. Quando se verifica a forma com que as empresas ainda tomam as decisões de curto prazo - as mais operacionais fica evidente que ainda existem grandes oportunidades para serem tratadas. Para exemplificar esta questão, Coelho Lima (2006) apresenta a variação dos valores de frete pagos por faixas de distâncias (Tabela 2). As diferenças entre os menores valores praticados e os maiores valores chegam a superar 10 vezes. Ainda segundo Coelho Lima (2006), parte destas variações são justificadas pelas diferentes rotas consideradas na pesquisa, pois possuem condições de estradas totalmente diferentes, além de elementos de custos distintos por trecho, como por exemplos pedágio e tarifas de gerenciamento de risco ligado ao seguro dos veículos e carga.

16 16 Tabela 2 - Tabela com valores de frete rodoviário praticados por empresas - Coelho Lima (2006) 1.1 Justificativa Partindo do conceito de que existe uma série de oportunidades a serem tratadas nas decisões de transporte de curto prazo, além da motivação de poder avaliar um caso real, o contexto desta pesquisa será avaliar e comparar a inserção de um método de roteirização em uma malha de distribuição real e avaliar os resultados teóricos. Segundo Ballou (2001, p.159), como os custos de transporte são muito mais expressivos, a busca por melhorar a eficiência, com a plena utilização dos veículos e do pessoal do transporte é objetivo de grande interesse. Apesar da importância do transporte, a administração deste foi por muito tempo descuidada e por isto as oportunidades são enormes. Para Pires (2004), a logística foi tratada até praticamente o início da década passada como uma atividade secundária, que por várias vezes foi confundida com contratação de frete e expedição de produtos. Este fator histórico contribuiu para que o modelo de

17 17 gestão de transporte fosse incapaz de incorporar conhecimento científico e de gestão adequados à administração de transporte. O caso a ser estudado é de uma empresa que tinha a sua decisão de roteirização baseada exclusivamente na decisão de um funcionário (programador de embarques). As ações tomadas por este indivíduo não eram suportadas por nenhuma ferramenta de apoio à decisão, situação que perdurou até o ano de Em busca de racionalizar este processo, a empresa Marques Distribuition Seeds criou um grupo de estudo que, mesmo com pouco método científico, partiu para desenhar um novo método de roteirização. A idéia foi criar um conceito de áreas de entrega que passaram a ser o guia para o novo modelo de roteirização. Esta iniciativa simples foi capaz de conduzir a empresa para melhores patamares de custos e performance de transporte de distribuição. A partir desta nova realidade, aportada no ano de 2001 e descrita no estudo de caso, esta pesquisa irá avaliar os resultados da aplicação de um método um pouco mais complexo com o objetivo de verificar a existência de novas oportunidades para redução de custos e melhoria de serviço. Para que esta análise comparativa tenha valor, uma série de indicadores serão definidos para balizar as respostas do método. Outra premissa utilizada para garantir a validade da comparação é a de utilizar uma série de dados comuns para os dois métodos (o implantado após 2001 e o proposto). 1.2 Objetivo Geral O objetivo geral da pesquisa é comparar um modelo empírico de rotas, adotado pela Marques Distribuition Seeds a partir de 2001, com o método alterado de Clarke e Wright, a partir de uma ferramenta denominada LogWare 1. Para avaliação dos potencias benefícios, utilizou-se de uma ferramenta para 1 A ferramenta LogWare é um software disponível na livro Gerenciamento da Cadeia de Suprimentos: planejamento, organização e logística empresarial de Ronald H. Ballou; tradução Elias Pereira. 4 ed. Porto Alegre: Bookman, 2001.

18 18 avaliar a performance do modelo de Clarke e Wright e posteriormente compará-lo com o atual modelo praticado. 1.3 Objetivos Específicos Os objetivos específicos da presente pesquisa são: Buscar embasamento teórico para os problemas de roteirização; Apresentar o caso de uma grande empresa multinacional, do setor do agronegócio, que a partir da revisão do seu modelo de gerenciamento de distribuição construiu um novo modelo de distribuição determinando um conjunto de rotas fixas; Revisão bibliográfica de alguns métodos de roteirização sob a ótica de quais características do problema tornam o método mais adequado para a aplicação; Apresentar os resultados obtidos pela empresa após a implantação do modelo de distribuição aplicado a partir de 2001 (método de rotas fixas). Em um segundo passo, comparar este novo patamar operacional com os resultados gerados pelo método alterado de Clarke e Wright, para os mesmos dados históricos, segundo as seguintes métricas: o Quantidade e perfil dos veículos utilizados para distribuir os produtos; o Taxa de ocupação dos veículos; o Percurso médio dos veículos; o Total de quilômetros percorridos pela frota; o Custo total da operação; o Custo por tonelada quilômetro (R$/Ton.Km); Definir, para este caso específico, os benefícios potenciais desta sugestão de aplicação.

19 Metodologia de Trabalho A metodologia deste trabalho está baseada no entendimento e identificação de métodos de roteirização e suas sugestões de aplicação através da pesquisa bibliográfica destes modelos. Em um segundo momento é descrito o caso de uma grande empresa do setor do agronegócio e os modelos adotados (até 2000 e a partir de 2001) em seu processo de roteirização. Na seqüência, é aplicado ao mesmo período histórico de dados desta empresa o método alterado de Clarke e Wright, através de uma ferramenta específica denominada LogWare, a fim de avaliar o incremento ou não das melhorias dos indicadores de desempenho de transporte, medidos pela empresa. Ao finalizar as comparações são definidos qual o melhor método em teoria, suas limitações práticas para uma implementação imediata e por fim as recomendações de outros estudos que possam avançar em outras linhas de avaliação, com relação a esta pesquisa específica. Segundo Vergara (2000), as pesquisas podem ser classificadas de um modo geral, de acordo com seus fins e aos meios de investigação. Quanto a seus fins, estes podem ser de natureza exploratória, descritiva, explicativa, metodológica, aplicada e intervencionista; e quanto aos seus meios de investigação podem ser de natureza de pesquisa de campo, pesquisa de laboratório, documental, bibliográfica, experimental, participante, pesquisa-ação e estudo de caso. Partindo desta classificação, esta pesquisa pode ser classificada como descritiva e aplicada (quanto a seus fins), participante e estudo de caso (quanto a seus meios de investigação).

20 20 Descritiva e aplicada porque visa descrever as características de um sistema real e porque busca resultados práticos para aplicação de um método, respectivamente. Participante, pois o autor da dissertação participou da etapa de modificação do método de roteirização que era utilizado até Estudo de caso porque buscou-se avaliar os impactos da elaboração de um novo método para aplicação específica além das dificuldades práticas para a sua implantação, respectivamente. 1.5 Estrutura do Trabalho Nos capítulos 2 e 3 são apresentados os tópicos de fundamentação teórica para a pesquisa, que foram separados em 3 grandes temas: Conceituação de Logística: são tratadas as diferentes definições pelos diversos autores e entidades, a evolução histórica e as tendências. A relevância da função de transportes: é apresentado o peso da função de transporte com relação às demais funções de logística (trade-offs) e a estrutura das decisões associadas ao transporte, destacando as decisões operacionais. Métodos de Roteirização: são apresentados os modelos e conceitos de roteirização segundo diversos autores, com menos ênfase nos algoritmos propriamente ditos, e mais destaque para a contextualização dos tipos e perfis dos problemas tratados para cada um dos modelos. A partir da contextualização acadêmica do problema, no capítulo 4 é realizada a apresentação do caso estudado. Este tópico é desdobrado numa parte inicial onde é contextualizada a indústria a qual a empresa do Estudo de Caso pertence. Neste contexto, a empresa e o seu modelo de operação são descritos. Na seqüência, apresenta-se uma série de indicadores que servirão para comparar a atual performance da empresa e o modelo de roteirização proposto.

21 21 Ainda no capítulo 4, é realizada a aplicação do método proposto para o novo modelo de roteirização para a empresa do estudo de caso, apresentando a descrição da ferramenta utilizada. Já no capítulo 5 são apresentadas as análises dos resultados comparativos entre o atual modelo de distribuição da empresa do estudo de caso e o método proposto. Na seqüência, os resultados são comparados, conclusões apresentadas, e as limitações práticas desta comparação descritas Finalizando, o capítulo 6 encerra a pesquisa com as Conclusões Finais e as Recomendações para pesquisas futuras. 1.6 Limitações do Estudo Apenas a realização deste estudo não garante que as recomendações descritas neste trabalho serão implantadas na prática e por isso a comparação dos resultados só poderá ser teórica. Sendo assim, o estudo limita-se a realizar as comparações com os dados históricos como forma de apresentar as diferenças entre o atual modelo de distribuição e a proposta estudada, sem apresentar os dados práticos da implantação deste novo método. O método proposto para a roteirização da empresa do estudo de caso foi testado com uma ferramenta que não é capaz de tratar todas as variáveis e restrições do problema prático. Por este motivo, são ressaltados na descrição dos resultados os aspectos não tratados pela ferramenta e que possuem potencial tanto para melhorar quanto piorar os resultados apresentados. Desta forma, esta é uma outra limitação deste estudo.

22 2. Logística 2.1 Definição de Logística Por muito tempo a Logística foi tratada de forma desagregada. Cada uma das funções logísticas era tratada independentemente e como áreas de apoio ao negócio. Segundo Bowersox & Closs (2001), até a década de 50 não existia uma definição formal de logística. Segundo Ballou (1993), os estudos de logística permaneciam em estado de dormência, sem uma filosofia guia. As empresas fragmentavam completamente a administração das funções chave da logística. Este tratamento desagregado da logística é parte da explicação dos vários nomes pela qual foi batizada: distribuição, distribuição física, administração de materiais, logística de distribuição, dentre outros, segundo Lambert (1998). Para Ballou (2001), apesar do gerenciamento das atividades de logística até poucas décadas ser disperso, remonta de, pelo menos, 1844 a idéia da integração, traduzida no conceito de substituir um custo pelo outro, ou seja, o famoso conceito de trade-off logístico. Ainda segundo Ballou (2001), nos escritos do francês Julie Duto fica clara a opção da decisão da escolha do modal de transporte considerando o impacto no custo de armazenagem. Apesar de o conceito existir há bastante tempo, a primeira referência bibliográfica que realizou sugestões explícitas sobre os benefícios da gestão coordenada das atividades de logística foi publicada em 1961, segundo Ballou (2001). Nesta mesma linha, Fleury at al. (2000) afirmam que Logística é um verdadeiro paradoxo dado que é um conceito muito antigo, mas um conceito gerencial muito moderno. Ainda para Fleury at al. (2000), o que vem fazendo da logística um dos conceitos gerenciais mais modernos são duas linhas fundamentais de transformações: a econômica e a tecnológica. As transformações

23 23 econômicas no mundo globalizado criam um novo ambiente de exigências competitivas e as transformações tecnológicas permitem um aumento de eficácia e eficiência na gestão de operações cada vez mais complexas. Desta forma, a logística deixa de ser vista como uma simples atividade operacional para um função de relevância estratégica. O tratamento da logística como um grupo de áreas dispersas que não possuíam interdependência traz uma perspectiva adicional. Segundo Lambert (1998), o foco destas áreas era apenas o controle físico dos fluxos de materiais, do ponto de origem ao ponto de consumo. A transformação desta visão da logística para o entendimento de sua importância e abrangência é um movimento de poucas décadas, mas que provocou uma avalanche de neologismos e definições para Logística, ressaltando a sua relevância. Para Ballou (1993) foi dentro do ambiente empresarial que se iniciou o processo de aperfeiçoamento gerencial das funções de logística através do agrupamento destas atividades. Para o Council of Supply Chain Management Professional (CSCMP, 2007) a gestão logística é a parte da Cadeia de Suprimentos (Supply Chain) que planeja, implanta e controla a eficiência, efetividade do escoamento e do estoque e fluxo reverso de bens, serviços e informações relacionadas com o ponto de origem e o ponto de consumo com objetivo de atender as restrições de serviço. A definição de Ballou (2001) para logística acrescenta o conceito de mix de marketing (produto, local, tempo e condições), quando diz que a missão da logística é disponibilizar o produto ou serviço certo, no lugar certo, no tempo certo e com as condições combinadas. Além desta consideração, Ballou (2001) acrescenta o conceito de criação de valor para a definição de logística, citando que logística deve prover os produtos e serviços da forma anteriormente citada, adicionando a maior contribuição para a empresa. Para Ballou (1993), trata-se de uma evolução do pensamento administrativo, pensar e gerenciar as funções logísticas de forma coletiva. Assim,

24 24 Ballou (1993) agrega ao conceito de logística a idéia desta ser um fato econômico que tem como missão diminuir o hiato entre a produção e o consumo, ou seja, ser o elo destes dois universos. Esta, sem dúvida, é uma contribuição da logística, e também um grande passo para ampliar estes horizontes, avançar na cadeia e evoluir para os conceitos de logística integrada e o de Supply Chain. 2.2 Evolução da Logística para a Integração das Funções logísticas: a Logística Integrada O grande motivador para tornar a administração de logística integrada está no potencial de racionalização dos custos das operações e/ou do potencial de melhoria do serviço, provocados por esta transformação. Esta afirmação de Ballou (1993) é que promove a ascensão da logística para freqüentar o ambiente das disciplinas estratégicas das organizações. Fleury (2000) também descreve como sendo uma mudança de conjuntura econômica e tecnológica o grande estopim para a mudança de posicionamento da logística nas organizações. Destacam-se no cenário econômico cinco fatores como chaves neste processo: 1. A Globalização como fator de acesso a novos mercados, em novos locais, com complexidades logísticas distintas; 2. Aumento das incertezas econômicas, pois dado a maior amplitude do comércio e transações entre as várias nações do globo, crises locais podem espalhar-se muito rapidamente; 3. Proliferação de produtos como resposta à demanda cada vez mais especializada que agrega complexidade na distribuição, nos suprimentos na gestão dos armazéns, potencializando a elevação dos custos; 4. Menores ciclos de vida dos produtos, pois dado o constante surgimento de novos produtos há uma tendência a abandonar o antigo. Assim, a indústria e a logística passam a ter de conviver com uma realidade de muita incerteza no momento de definir os

25 25 estoques, políticas de ressuprimento de matérias-primas, dentre outros compromisso que podem gerar grandes estoques de produtos e insumos obsoletos; 5. E como complemento a um universo de fatores que tendem a provocar uma avalanche de complexidades adicionais, o mercado passa a ter maiores exigências de serviço, não necessariamente aceitando pagar mais por isto. Para Ballou (2001), os componentes de gestão de um sistema logístico estão descritos e representados na Figura 2. Todos estes itens estão interrelacionados sob a ótica da gestão de logística integrada. LOGÍSTICA EM PRESARIAL Fonte de Suprimentos Supri ment o Físi co (administração de materiais) Plant as/ Operações Distribuição Física Clientes Transport es Manutenção de estoques Processamento de pedidos Aquisição Embalagem protetora Armazenagem Manuseio de materiais Manutenção de informações Transportes Manutenção de estoques Processamento de pedidos Programação de produto Embalagem protetora Armazenagem Manuseio de materiais Manutenção de informações Figura 2 Figura esquemática dos componentes de um sistema logístico De fato, o mercado criou o contexto no qual a logística passou a assumir o papel de integrador das atividades dentro de um elo da cadeia, partindo de ótimos locais para o conceito de um ótimo global (FLEURY, 2000). Porém, garantir o melhor para um elo específico da cadeia poderia não garantir a eficácia de uma

26 26 cadeia inteira, pois um processo logístico bem estruturado em um elo não garante que nos elos anteriores ou posteriores tenha havido uma busca por eficácia. E, partindo do mesmo conceito de que o ótimo local não garante o ótimo global passa-se a entender que a integração entre os elos da cadeia é o que pode permitir a construção da eficiência e eficácia global. Afirma-se que está aí o conceito do Gerenciamento da Cadeia de Suprimentos (Supply Chain Management), segundo Ballou (2001). Para o CSCMP (2007), o Supply Chain Management (SCM) abrange o planejamento e gerenciamento de todas as atividades envolvidas na busca e suprimento, conversão, de todo o gerenciamento das atividades logísticas. Também inclui a coordenação e colaboração com os parceiros dos canais de suprimentos, intermediários, prestadores de serviços logísticos e clientes. Na essência, gerenciamento da cadeia de suprimentos integra o gerenciamento do suprimento e da demanda dentro e através das empresas. Nota-se a ampliação da complexidade da gestão na medida em que os conceitos evoluíram, tornando ainda maior a necessidade de um nível de iteração dentro e entre as empresas. Na prática, várias são as ações que já ocorrem nesta linha. Como, por exemplo, o planejamento colaborativo de demanda na visão interna da empresa, através do Sales and Operations Planning (S&OP) e na visão entre empresas, através do Collaborative Planning, Forecasting and Replenishment (CPFR), segundo Julianeli (2006). Notoriamente, quando aborda-se o tema SCM não se espera que exista uma única definição. Este conjunto de definições pode ser parcialmente explicado pelo fato da origem do SCM ser multidisciplinar e que certamente tem mais de uma origem. Isso significa considerar que o SCM é um ponto de convergência dentro do ambiente empresarial, para a expansão de várias áreas tradicionais, segundo Pires (2004). Na Figura 3 apresenta-se em especial quatro áreas consideradas neste conceito de convergência.

27 27 Supri ment os Produção SCM Logística Marketing Figura 3 Figura representativa das potencias origens do SCM. Resumidamente, partir das funções elementares da logística e convergir para um modelo de gestão mais agregado tem sido uma tendência no SCM. Segundo Pires (2004), as empresas deverão sair de seus silos funcionais e pensar nos seus negócios chaves. Mas até lá ainda há uma longa caminhada. Para Julianeli (2006), ainda existem barreiras culturais, pequeno envolvimento da alta gerência, limitações da quantidade de produtos que possam ser planejados conjuntamente, limitações de escala e informações inconsistentes para que seja possível um planejamento mais integrado entre os elos. Mesmo apesar destas barreiras, este parece ser um processo irreversível. 2.3 A Função de Transporte no Contexto da Logística Integrada Para Fleury (2000), a relação entre as várias áreas funcionais de logística com um contexto de integração pode ser representada através de um conjunto de trade-offs entre cada uma das atividades que compõem todo o contexto de logística. Na Figura 4 estas relações estão representadas por um conjunto de setas relacionando estas atividades.

28 28 Mix de Marketing Preço Produto Praça Promoção Serviço ao Cliente Logística Integrada Processamento de Pedido Suprimentos e Vendas Transporte Armazenagem Estoques Figura 4 Representação da relação entre as áreas funcionais com o conceito de Logística Integrada, segundo Fleury (2000) Para este mesmo autor, o conceito do Mix Marketing é a base com que são definidas as condições de fornecimento segundo as dimensões de preço, local, promoção e produto. O conjunto destas dimensões (as condições de fornecimento) é convertido para a gestão de logística nas restrições com o qual o mercado deverá ser atendido. No contexto da logística integrada, as relações de trade-off com o transporte acabam revelando a importância desta função dado a sua relevância em termos de custos: o transporte representa em média cerca de 2/3 (dois terços) do total de custos logísticos de uma empresa (BALLOU, 1993). Sendo assim, naturalmente o transporte passa a ter um peso significativo quando se toma as decisões logísticas mais agregadas. Nazário (2000) afirma que o transporte passa a ter papel fundamental em várias estratégias na rede logística, tornando necessária a geração de soluções que possibilitem flexibilidade e velocidade na resposta ao cliente, ao menor custo possível, gerando assim maior competitividade para a empresa. Este autor ainda ratifica que sob a nova perspectiva de logística integrada, a função de transporte

29 29 está sempre envolvida nos principais trade-offs e por sua relevância de custo, acaba sendo sempre um dos drivers importantes nas decisões agregadas. Para Ballou (2001), as decisões logísticas podem ser relacionadas ao planejamento estratégico, tático ou operacional. Neste sentido, a partir da definição do serviço a ser entregue aos clientes, a primeira, de caráter estratégico e mais agregada das decisões de logística integrada é a definição da rede logística (localização de instalações, fluxos de distribuição e suprimentos, posicionamento dos estoques, tamanhos das instalações, dentre outras). 2.4 As Principais Decisões Associadas à Função de Transporte Segundo Marques (2002), a principal decisão de logística integrada é a definição da rede logística. Mesmo sendo uma decisão de natureza multidisciplinar, ela acaba constando das principais decisões de transporte por causa da representatividade do custo de transporte proporcionalmente aos demais. Na Figura 5 representa-se o enquadramento das decisões de transporte no contexto da logística integrada. O conjunto das decisões parte do contexto estratégico para o desdobramento no nível tático e operacional (MARQUES, 2002).

30 30 Figura 5 Representação das principais decisões de transporte no contexto da logística integrada, segundo Marques (2002) Para Fleury (2002), administrar transportes significa tomar decisões sobre um contexto de grande complexidade. As decisões estão divididas entre as mais estratégicas até as mais operacionais. As estratégicas têm relação com o longo prazo, enquanto as operacionais estão intimamente ligadas ao dia-a-dia da operação. Entre as decisões estratégicas destacam-se: Definição da rede; A escolha de modais; Decisões sobre propriedade da frota; Seleção e negociação com transportadores e; Política de consolidação de cargas (FLEURY, 2002). Entre as decisões táticas e operacionais, Fleury (2002) destaca: Planejamento de embarques; Programação de veículos; Roteirização; Auditoria de fretes e; Gerenciamento de avarias.

31 31 Para Ballou (2001), as decisões de transporte são fundamentalmente as mesmas citadas acima. Agregam-se na descrição das decisões seus principais trade-offs com as demais áreas funcionais da logística. O nível de serviço, a localização, os estoques e o transporte são as principais áreas de planejamento por conta do impacto que provocam sobre a lucratividade, sobre o fluxo de caixa e no retorno sobre os investimentos da empresa (BALLOU, 2001). 2.5 A Rede Logística O problema de definição da malha logística ou rede logística pode ser examinado sob a ótica de um mapa de nós e potenciais links. Os nós da rede significam os pontos de armazenagem e/ou consumo (lojas, CDs, clientes, fábricas, dentre outros) e os links os possíveis fluxos de materiais (BALLOU, 2001). A localização de instalações na rede logística é a maior questão estratégica, pois os custos de operações logísticas variam de 8 a 30 por cento dos custos de vendas para as empresas em todo o mundo, e a decisão de localização afeta diretamente este número (BALLOU, 1995). O problema de localização de rede logística envolve várias decisões, dentre elas: A política de estoques; O nível de serviço ao cliente; Pontos de armazenagem definidos (quantidade e tamanho); Seleção de modais de transporte (BALLOU, 1995). O problema de localização tem por objetivo estabelecer a malha logística. As várias funções logísticas que compõem esta decisão possuem perfis de custos totalmente distintos entre si. Sendo assim, o balanceamento ótimo entre estes custos tende a ser a malha de menor custo total (BALLOU, 1993). O Gráfico 1 representa a formação de uma curva de custo total, em função das curvas de custos de cada função.

32 32 Título do Gráfico ) ($ s to u C Custo de Transferência Custo de Distribuição Custo de Estoque Custo de Armazenagem Custo Total Número de Instalações Gráfico 1 - Representação de uma curva teórica de custo total. Cada um dos custos possui uma natureza distinta e uma influência também distinta na composição da curva de custo total Ballou (2001). No Gráfico 1 é possível notar que a diferença de perfil das funções de custo (algumas crescem e outras decrescem de acordo com o aumento do número de instalações na rede) é responsável pelo balanceamento da solução de menor custo total. Sendo assim, os custos de transporte de distribuição tendem a decrescer com o aumento do instalações de armazenagem e, em situação oposta, crescem os custos de estoques e armazenagem (BALLOU, 2001). O objetivo de ótimo entre as funções pode não ser necessariamente o menor custo total. Uma função objetivo possível na modelagem de rede pode ser a maximização dos lucros (BALLOU, 1995), desde que a variável de receita também entre na avaliação de trade-offs desta estrutura logística. Segundo Ballou (1995), as questões a serem respondidas em um problema de localização são: Qual é o melhor número, localização e o tamanho de cada ponto de armazenagem na rede de distribuição? Qual é o melhor ponto de suprimento e ponto de armazenagem em função dos volumes? Quais os produtos devem ser estocados em cada instalação?

33 33 Como associar os pontos de demanda com cada instalação da rede? Quais efeitos a mudança de capacidade dos pontos de abastecimento, nível de serviço, custos e tributos, previsão de demanda, políticas de estoque e modos de transportes têm sobre o custo total, serviço ao cliente, rentabilidade, e retorno sobre o investimento? Van de Vem & Ribbers (1993) incluem outro item de relevância no problema de determinação da malha que é a produção, incluindo as variáveis do custo e da capacidade de produção de cada site (planta ou instalação). A complexidade e o perfil de cada indústria geram impactos distintos na solução de rede. As distâncias para os pontos produtores de matéria-prima e para o mercado consumidor, a capacidade e especialização por planta, custo de fabricação por localidade, dentre outros fatores retratam a grande complexidade em definir o melhor posicionamento da malha logística das organizações (VAN DE VEM E RIBBERS,1993). Para a formulação de um problema de rede é necessário um conjunto de informações, dentre elas as mais importantes são: as curvas de custo por função logística (e de produção se este elo estiver na análise), as premissas de serviços, as capacidades das instalações existentes e a margem por produto (caso a função objetivo seja maximização do resultado). Entendido o conceito de um problema de rede, pode-se afirmar que os problemas de roteirização de veículos também pertencem a esta categoria ampla de problemas de pesquisa operacional. Nessa categoria encontram-se problemas clássicos, como problema do fluxo máximo, problema do caminho mínimo, problema de transporte, problema de designação. Uma das dificuldades de modelar e resolver um problema de roteirização de veículos advém da grande quantidade de parâmetros que podem influenciar no tipo do problema. A adequada classificação dos problemas de roteirização permite melhor compreensão dos aspectos mais relevantes.

34 34 Os conceitos apresentados no capítulo 2 tratam do assunto de transporte em um nível mais agregado, apresentando as várias decisões que envolvem a disciplina de transporte. Desta forma, o capítulo 3 aborda a questão de transporte sob a ótica mais específica do problema de roteirização de veículos.

35 3. Problemas de Roteirização Para Ballou (2001), a roteirização é a atividade que tem por fim buscar os melhores trajetos que um veículo deve fazer através de uma malha. Esta busca, que geralmente tem como objetivo minimizar o tempo ou a distância, é uma decisão freqüente na logística empresarial. Atuar na decisão de roteirização não significa atuar somente sobre o transporte: a extensão do tempo em que o produto está em trânsito influencia no total de estoque da cadeia, além do número de embarques que um veículo pode realizar num determinado período de tempo, e por fim uma boa escolha das rotas pode melhorar o nível de serviço prestado ao cliente. Estas considerações feitas por Ballou (2001) demonstram a abrangência do potencial impacto da roteirização. Seguramente, a otimização da função de transportes está intrinsecamente ligada à redução do custo logístico total. Segundo Lima (2006,) transportes significam 59,5% dos custos logísticos no Brasil. Sem dúvida a representatividade agregada do transporte é elevada. A distribuição final de pequenos lotes de transporte com distâncias curtas e para transportar produtos acabados ou semi-acabados é a vocação fundamental do transporte rodoviário. Desta forma, o custo de distribuição possui um peso relevante na composição dos custos de transporte, dado que o custo por unidade transportada por distância 2 no modal rodoviário é 4,4vezes maior do que o modal ferroviário, 14 vezes maior do que o modal aquaviário, e mais barato do que o modal aéreo em 3,3 vezes, todos os custos medidos numa relação de custo por quantidade transportada por distância (BALLOU, 1993). 2 No tratamento de custos de transporte a unidade de medida comumente utilizada é a que relaciona o preço do transporte dividido pelo total de carga transportada e pela distância total transportada. Utilizando para preço o símbolo $, para carga transportada a abreviação de tonelada (ton) e para distância km, a fórmula é: custo = $ / (ton * km).

36 36 Segundo Lima (2006), no Brasil esta mesma relação tendo o custo do modal rodoviário como referência é da seguinte ordem: 6,1 vezes maior do que o ferroviário; 3,0 vezes maior do que o aquaviário; 8,2 vezes menor do que o aéreo. Considerando que a participação do modal aéreo no total de carga transportada é muito pequena, o transporte rodoviário é o de maior custo absoluto (LIMA, 2006). Para Ballou (1993), as decisões operacionais do transporte de distribuição concentram-se na utilização da frota. Assim, a melhor utilização da frota é traduzida na necessidade de um menor número de veículos e em menores custos operacionais. Ainda para Ballou (1993) a decisão das melhores rotas passa por definir em uma rede de vias os caminhos mais curtos, de menor tempo ou uma combinação destes. Segundo Ballou (2001), utilizar o racional humano para determinar roteiros já agrega alguns resultados positivos, como por exemplo, evitar que rotas se cruzem ou que o formato da rota seja abaulado, convergindo para um formato de gota, quando possível. Na Figura 6 representa-se o efeito do cruzamento. Roteirizaçãoruim - Os trajetos se cruzam - Roteirização boa - Nenhum cruzamento entre trajetos - CD CD Figura 6 Exemplo de paradas boas e ruins (BALLOU, 2001).

37 37 Porém, apesar de o bom senso levar a resultados simples com alguma eficiência, o aumento da complexidade, em termos de restrições de velocidade, tempos de paradas, número de pontos, passa a exigir métodos não necessariamente muito elaborados, mas sim o apoio de sistemas computacionais como ferramenta para o aumento de eficácia (BALLOU, 1993). Segundo Golden e Assad (1986), aplicações de sistemas de roteirização captaram reduções de custos de transporte na ordem de 15% em empresas como Du Pont e Chevron. Apesar dos benefícios, poucas empresas aplicam os conceitos de roteirização, apesar dos estudos desta disciplina remeterem ao final da década de 50. Já em 1959, Dantzig e Ramser buscavam desenvolver um método matemático para solução de um problema de roteirização. A importância deste método no ambiente de estudos de roteirização é tamanha que mesmo em estudos mais recentes, como por exemplo, Waters (1984) em Vehicle Scheduling Revisited, o método de Dantzig e Ramser ainda é mencionado. Não muito distante de Dantzig e Ramser, em 1964 dois outros pesquisadores, Clarke e Wright publicam um estudo utilizando os mesmos conceitos dos precursores e tornam o problema mais simples para aplicação (CLARK e WRIGHT, 1964) Desde então a evolução e criação de novos métodos foi crescente. Segundo Waters (1984), desde a formulação de Dantzig e Ramser muitas abordagens para o sequenciamento de veículos foram desenvolvidas. Ainda segundo o mesmo autor, estes métodos heurísticos apresentam bons resultados, pois uma solução exata é impraticável para um problema real. Por este motivo Waters (1984) cita a dificuldade de comparar métodos heurísticos entre si, dado que pela natureza, cada solução tende a ser melhor para um determinado tipo de problema. Exatamente por cada tipo de problema apresentar suas particularidades, no próximo tópico desta revisão bibliográfica são apresentados os conceitos básicos e os principais parâmetros que caracterizam um problema de roteirização de

38 38 veículos. Desta caracterização, são apresentadas suas extensões, de acordo com os seguintes parâmetros: função objetivo, restrições, variáveis de decisão e hipóteses. A seguir, são apresentadas as classificações dos problemas de roteirização de veículos segundo Bodin (1990), Assad e Golden (1988), Clark e Wright (1964), Koskosidis e Powell (1992), Salhi e Rand (1997) e Silva (2007). 3.1 Conceitos e Parâmetros do Problema Básico de Roteirização O problema básico de roteirização de veículos pode ser entendido a partir da necessidade de atender um conjunto de clientes dispersos geograficamente com demandas conhecidas partindo de um depósito central (BODIN, 1990). Este problema ignora uma série de restrições que são geralmente encontradas em problemas reais. Tendo em vista o grande numero de situações praticas que dão origem aos problemas de roteirização de veículos, o problema básico de roteirização de veículos é a essência de todos os problemas de roteirização de veículos. Os problemas de roteirizações de veículos podem ser classificados em diversas categorias e tipos. Os vários problemas diferem entre si em aspectos relacionados ao tipo de operação, ao tipo de carga, ao tipo de frota utilizada, a localização dos clientes, ao tipo de restrições, ao tipo de função objetivo, entre outros fatores. A partir do levantamento bibliográfico realizado neste trabalho foi possível detalhar as principais variantes do problema de roteirização de veículos. Estes parâmetros foram classificados em quatro categorias, conforme notação adotada por Silva (2007): função objetivo, restrições, variáveis de decisão e hipóteses/recursos, e/ou características do problema.