Thesis (M.S.)--State University of New York at Binghamton, Thomas J. Watson School of Engineering and Applied Science, Department of Systems Science and Industrial Engineering, 2009. / Includes bibliographical references.

Bibliography: leaves 172-184. An analytical approach to the integrated problems of designing the dynamic cellular manufacturing systems layout concurrently with its material flow (handling) requirements, in such a manner that minimises the material handling within the system. The proposed strategy encourages the design of a dynamic layout to identify simultaneously the machine groups, economical machine distribution, and intracell and intercell layouts.

Este trabalho aborda a otimização do planejamento produtivo a curto-prazo de um estaleiro náutico. A atual competitividade deste setor motiva a necessidade do uso otimizado dos recursos fabris. Uma ação nessa direção é implantar sistemas computacionais para auxilio do processo de tomada de decisões operacionais buscando atender pedidos dentro de prazos desejados com uso racional dos recursos produtivos. A matéria prima utilizada é a fibra de vidro, envolvendo assim seus processos de fabricação, na confecção de modelos de produtos que concorrem pela utilização de um número limitado de recursos (e.g. postos de trabalho e moldes de laminação). O objetivo principal é minimizar a ociosidade do posto de trabalho gargalo na fabricação de peças entre um modelo e outro de embarcação. Foi elaborada uma abordagem computacional baseada em Programação Linear Inteira Mista (PLIM), onde o problema original é decomposto em problemas menores, que são facilmente resolvidos. Estes problemas menores consistem em um agrupamento menor de produtos, que foram chamados de campanhas. Após a geração das possíveis campanhas, um modelo matemático permite definir as campanhas que devem ser produzidas para atender à demanda de produtos. Na literatura consultada, evidenciaram-se poucos trabalhos com características similares à realidade da empresa estudada. Os resultados obtidos para as campanhas de produção determinadas e para mix de produção variados indicam que a abordagem proposta é capaz de tratar com sucesso o problema real proposto. / This work addresses the optimization of short term production planning in a nautical shipyard. The current competitiveness of this sector motivates the need for optimized use of manufacturing resources. An action in this direction is to employ computing systems that can improve the decision making of scheduling activities. It aims to meet the delivery due dates of products with rational use of productive resources. The used raw material is fiberglass, thus involving their manufacturing processes. And the models of products compete for the use of a limited number of resources (eg, workstations and lamination molds). The main objective is to minimize the idleness of the bottleneck workstation in the manufacturing of parts. A computational approach was developed based on Mixed Integer Linear Programming (MILP), where the original problem is decomposed into smaller problems that are easily solved. These smaller problems consist of a smaller cluster of products, which were named as campaigns. After the generation of possible campaigns, a mathematical model allows to define which campaigns should be produced to meet the demand of products. In literature, there are few researches driven to this sector. The results obtained for all the campaigns and for a varied production mix indicate that the proposed approach is able to successfully address this real problem.

O planejamento e controle da segurança (PCS) apresenta-se, freqüentemente, como um dos principais requisitos de normas regulamentadoras e sistemas de gestão da segurança. Contudo, algumas limitações em termos de concepção e implementação têm sido identificadas nestes planos. Na medida em que o PCS e o planejamento e controle da produção (PCP) são entendidos como processos de mesma natureza, integrar o processo de PCS ao processo de PCP pode contribuir para aumentar a eficácia e eficiência de ambos os processos. A partir deste pressuposto, foi desenvolvido um modelo de PCS integrado ao processo de PCP, por meio de estudos empíricos em obras industriais, nas quais existem exigências rigorosas do cliente final quanto à segurança. Em que pese os resultados satisfatórios alcançados inicialmente, identificou-se a necessidade de aperfeiçoamentos em seus elementos através da implementação em novos contextos de construção. Assim, este estudo propõe aperfeiçoamentos nas práticas e ferramentas do modelo de PCS, como também visa a melhor compreensão de seus princípios, através da realização de um estudo empírico em um novo contexto de construção. Para isto, foram desenvolvidos dois estudos seqüenciais em um empreendimento, cuja característica principal foi o pequeno grau de exigência em relação a segurança por parte do cliente final. No primeiro, foi realizado um estudo de caso exploratório, que teve um caráter de preparação para o segundo, no qual se adotou como estratégia de pesquisa a pesquisa-ação. Com o primeiro estudo, pode-se identificar o nível de utilização dos elementos do modelo na empresa estudada. Na etapa de pesquisa-ação implementou-se o modelo no novo contexto e novas práticas e ferramentas foram testadas. Uma vez que o planejamento da segurança ocorre segundo três níveis hierárquicos, os principais resultados dizem respeito a uma melhor compreensão das decisões tomadas em cada nível e, em particular, no desenvolvimento de uma sistemática para a realização de planos diários de segurança e definição de diretrizes para a realização de estudos formais do método de execução de processos considerados de alto risco. Os indicadores de avaliação de desempenho da segurança propostos pelo modelo foram aperfeiçoados, principalmente por intermédio de um maior envolvimentos dos trabalhadores no processo de coleta. Além disto, foi desenvolvida uma sistemática pró-ativa para avaliação de subempreiteiros com a participação dos mesmos durante as avaliações. / Safety planning and control (SPC) is frequently presented as one of the main requirements in regulatory norms and safety management systems. However, some of the limitations in terms of conception and implementation have been identified in these plans. When SPC and production planning and control (PPC) are understood as processes of the same nature, integrating SPC to PPC can contribute to enhancing the effectiveness and efficiency of both processes. From this supposition, a SPC model integrated to PPC was designed from empirical studies developed in industrial construction sites, in which the final client had strict safety demands. In spite of the satisfactory results obtained initially, the need for refinement in the model’s elements, through its implementation in new construction contexts, was identified. Therefore, this study proposes refinements in the SPC model’s practices and tools, as well as a better understanding of its principles, through the development of empirical studies in a new construction context. In this sense, two sequential studies were developed in a project, where the main characteristic was the final client’s small level of demand related to safety. In the first investigation, an exploratory case study was carried out and was a preparation for the second study, which adopted action research as its research strategy. With the first study, the level of use of the model’s elements in the investigated company was identified. In the action research phase, the model was implemented in a new context and new practices and tools were tested. Since safety planning is done in three hierarchical levels, the main results regard a better comprehension of the decisions made in each level and, specifically, in the development of a system for the fulfillment of daily safety plans and the definition of directives for the development of formal studies for carrying out processes considered of high risk. The safety performance evaluation indicators proposed by the model were refined, mainly through a more intense involvement of the workers in the data collection process. Moreover, a pro-active system was developed for the evaluation of subcontractors with their participation during the evaluation.

L’objectif de cette thèse est de proposer un outil pour la planification de la production d’un fournisseur et d’étudier les moyens d’améliorer la coordination entre ce fournisseur et les usines clientes. Appliquée à l’industrie automobile, cette thèse se base sur le cas des usines de mécanique (usines de moteurs, de boîtes de vitesse, et de pièces de liaison au sol) qui fournissent les usines d’assemblage de véhicules.En analysant la demande des usines clientes, nous mettons en évidence les facteurs de variabilité de cette demande et proposons des pistes pour améliorer la coordination avec le fournisseur à travers un partage de l’information plus efficace. Pour la planification de la production du fournisseur, nous proposons un modèle mathématique sous forme de programme linéaire en nombres entiers. Ce modèle permet de définir un plan de production détaillé en respectant les contraintes existantes et en visant quatre objectifs : satisfaire la demande prévisionnelle, atteindre les stocks de sécurité, équilibrer les stocks entre les produits, et lisser la production. L’intérêt apporté par ce modèle est démontré par des tests réalisés sur des données réelles. Sachant que le modèle proposé est destiné à être utilisé dans le cadre d’une planification à horizon glissant, nous analysons par simulation l’influence de deux paramètres : la fréquence de planification et la longueur de l’horizon gelé. Nous donnons des préconisations sur le choix de ces paramètres de manière à assurer un bon compromis entre le taux de service, le niveau de stock, et la stabilité de la planification. Enfin, pour améliorer la coordination entre les usine clientes et le fournisseur, nous étudions deux pistes en particulier : l’amélioration de la fiabilité des prévisions communiquées au fournisseur et l’allongement du délai qui lui est accordé pour satisfaire la demande. L’intérêt de mettre en œuvre ces propositions est évalué par simulation. / The objective of this thesis is to provide a production planning tool for a supplier and to explore ways to improve the coordination between this supplier and customer plants. Based on a case study in the automotive industry, this thesis considers the case of powertrain plants (units producing engines, gearboxes, and chassis parts) that supply the car assembly plants.By analyzing the customer plant demand, we highlight the variability causes of this demand and we propose ways to improve coordination with the supplier through a more efficient information sharing. To plan the production of the supplier, we propose a mathematical model which is a mixed integer linear program. This model provides a detailed production plan respecting existing constraints and targeting four objectives: satisfying the forecasted demand, reaching safety stock levels, balancing stock levels between products, and leveling the production. The value of this model is demonstrated by tests using real data. As this model is intended to be used as part of a rolling horizon planning, we analyze the influence of two parameters: planning frequency and length of the frozen horizon. We give recommendations on the choice of these parameters to ensure a good tradeoff between service level, inventory, and planning stability. Finally, to improve the coordination between the customer plants and the supplier, two ways are in particular investigated: improving the accuracy of the forecasts sent to supplier and lengthening the time allowed to fulfill the demand. The value of implementing these proposals is evaluated by simulation.

Nos últimos anos, muitas empresas de construção civil têm buscado melhorar seus sistemas de Planejamento e Controle da Produção (PCP) como uma das formas de melhorar o desempenho de empreendimentos em termos de prazo e custo, além dos constantes objetivos de aumentar a qualidade e a produtividade. Um marco importante no desenvolvimento de sistemas de PCP para esse setor foi a introdução do sistema Last Planner de controle da produção, concebido com base em modelos e teorias desenvolvidos para a Engenharia Industrial, a partir de meados da década de 90. Esse sistema tem sido refinado em diversos estudos ao redor do mundo, grande parte deles baseados em uma análise qualitativa dos dados gerados. De fato, as pesquisas relacionadas à implementação de sistemas de PCP desenvolvidas no Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil da UFRGS nos últimos anos também foram fortemente baseadas no Last Planner. O objetivo geral dessa dissertação consiste em propor contribuições para a coleta e a análise de dados que permitam avaliar o impacto de sistemas de PCP no desempenho de empreendimentos de construção civil, assim como identificar algumas dificuldades de implementação. Foi criada uma base de dados com as medidas de desempenho coletadas em empresas, em pesquisas anteriores, e também com dados inseridos em um sistema de indicadores para benchmarking de empresas do setor. Foram realizadas diversas análises, principalmente dos indicadores PPC e causas do não cumprimento das tarefas, utilizando a análise de regressão múltipla. Entre as principais conclusões, o estudo apontou formas de melhorar a coleta de dados, incluindo a utilização de mecanismos pró-ativos para evitar o acúmulo de valores faltantes e dados espúrios. Além disso, sugeriu-se a formação de um banco de dados único para cada empresa para possibilitar o melhor aproveitamento dos dados, uma vez que algumas medidas são coletadas e acabam descartadas sem uma análise aprofundada. Quanto às dificuldades de implementação do PCP, destacaram-se as falhas na análise das causas do não cumprimento dos pacotes de trabalho na etapa de curto prazo e a implementação parcial do planejamento de médio prazo, devido à desconsideração da análise sistemática de restrições. / In recent years, several construction companies have attempted to improve their production planning and control systems in order to improve project performance in terms of time and costs, besides increasing quality and productivity. An important reference in the development of production planning and control systems in this sector has been the introduction of the Last Planner System, conceived from models and theories developed in industrial engineering, since the mid Nineties. This system has been refined in several research studies around the world, most of them based on a qualitative data analysis. In fact, the research studies concerned with production planning and control carried out at the Postgraduate Program in Civil Engineering at UFRGS is recent years have been strongly based on the Last Planner System. The main objective of this dissertation is to make contributions for data collection and analysis for assessing the impact of production planning and control systems in the performance of construction projects, as well as identify some implementation difficulties. A database was built with some measures collected in construction projects in previous research studies, as well as with data from a performance measurement system for benchmarking in this sector. Several analyses were carried out in this data base, mostly based on two measures, the percentage of plan completed (PPC) and the causes for the non completion of work packages, using multivariate regression analysis. Among the main conclusions, this study pointed out ways of improving data collection, including the use of pro-active mechanisms for avoiding the growth of missing values and outliers. Furthermore, it suggests the construction of a single database in each company, enabling the proper use of the data available, since some of the measures are collected but are further discarded without an in-depth analysis. Regarding the difficulties in the implementation of production planning and control, some failures during the analysis of the causes for the non-completion of work packages in short term planning and the incomplete implementation of look-ahead planning, due to the ineffectiveness of constraints analysis, were pointed out.

Diversos esforços têm sido dirigidos à melhoria do setor da construção civil no mundo inteiro, podendo ser destacado como um dos principais focos o processo de planejamento e controle da produção (PCP). Este processo tem grande impacto no desempenho dos empreendimentos de construção, em relação aos seus custos, prazos, qualidade e segurança. Uma das principais iniciativas realizadas para a melhoria do PCP foi o desenvolvimento e disseminação do Sistema Last Planner de Controle da Produção (LPS). Esse sistema vem sendo aplicado em diversos países desde meados da década de 1990. O principal indicador do LPS é o Percentual de Planos Concluídos (PPC), que mede a eficácia do planejamento. Contrastando com o elevado número de estudos qualitativos realizados sobre a implementação do LPS, poucas análises quantitativas foram realizadas sobre o impacto de sua implementação e os fatores que afetam a sua eficácia. A partir da construção de uma grande base de dados de empreendimentos, o presente trabalho buscou avaliar o impacto da eficácia de sistemas de PCP, baseados no LPS, no desempenho de empreendimentos da construção civil quanto ao custo e ao prazo. Buscou avaliar também influência de práticas de gestão da produção na construção civil na eficácia destes sistemas de PCP. A base de dados utilizada contém indicadores de PPC, desvio de custo, desvio de prazo, boas práticas de PCP e boas práticas de canteiros de obras. Através da técnica de regressão múltipla foram realizadas diversas análises. Como principais conclusões apontam-se algumas evidências sobre a forma como o PCP influencia o desempenho dos empreendimentos e a importância das boas práticas de PCP e de canteiros de obras na eficácia do planejamento. Apesar de as análises apresentarem níveis de correlação relativamente baixos, devido a algumas limitações dos dados disponíveis, observou-se uma forte consistência nos modelos de regressão desenvolvidos. / Several efforts for improving the construction sector have been made worldwide, and one of the main focus has been the production planning and control process This process has a large impact on the performance of construction projects, in terms of cost, time, quality and safety. One of the main initiatives for improving the planning and control process has been the development and dissemination of the Last Planner System of Production Control (LPS). This system has been used in many different countries since the mid Nineties. The main performance indicator of the LPS is the Percentage of Plans Completed (PPC), which measures planning effectiveness. In contrast with the large number of qualitative studies on the implementation of LPS, very few quantitative analyses have been undertaken on the impact of its implementation and on the factors that affect its effectiveness. Based on the construction of a large project database, this research study aims to assess the impact of LPS based production planning and control systems on the performance of construction projects in terms of cost and time. This investigation has also analysed the impact of a set of production management practices on the effectiveness of those planning systems. The database contains the following indicators: PPC, cost deviation, time deviation, good production planning and control practices, and good site management practices. Several analyses were carried out using regression analysis techniques. As main conclusions, the study provided some evidences on the way production planning and control influences project performance, and the importance of good production planning and control practices, and site management practices on the effectiveness of planning and control. Despite the fact that some of the analyses indicated a fairly low correlation index, due to some limitations on the data available, the regression models produced were very consistent.

O aumento da competição e a aceleração dos avanços tecnológicos têm contribuído para o desenvolvimento de novos conceitos e estratégias de produção, direcionando as empresas à busca contínua de novas oportunidades de negócios e melhorias dos processos produtivos. A indústria de madeira serrada no Brasil, na sua grande maioria, apresenta estrutura produtiva precária, com baixa produtividade, e sua sobrevivência depende da busca por melhorias de eficiência técnica e econômica dos processos de transformação. Nesta busca de melhorias de processos, a simulação de sistemas pode ser utilizada como ferramenta de apoio à decisão no planejamento da produção de serrarias, contribuindo para a competitividade das empresas. Esta dissertação objetiva desenvolver um modelo de simulação da produção de madeira serrada para auxiliar no planejamento da produção de uma serraria. O trabalho verificou a real potencialidade do uso da simulação no processo produtivo da serraria, se mostrando uma alternativa para o planejamento da produção da mesma. Com o uso da ferramenta estudada, o sistema produtivo foi modelado e validado utilizando o pacote de simulação Arena. Dentre os resultados desta dissertação, podem ser destacados: o modelo de pesquisa, a identificação das variáveis do sistema, o desenvolvimento e a validação do modelo. / The growing competition and the acceleration of technological advances have been contributing for the development of new production concepts and strategies, guiding companies into the search for continuous new business opportunities and productive processes improvements. Most of sawn wood industry in Brazil presents poor productive structure with low productivity, and its survival depends on the search for improvements on technical and economic efficiency of transformation processes. On this search, system simulation can be used as a supporting tool when deciding about the saw production planning, which contributes in favor of company competition. This paper work aims the development of a sawn wood production simulation model in order to help in the planning of a sawmill production. This work verifies the real potentiality when using the simulation during the sawmill productive process, which demonstrates it can be an alternative for the planning of the sawmill production. After using the above studied tool, the productive system was modeled and validated based on Arena simulation package. Among all the results of this study, some deserve to be highlighted: the research model, the identification of the system variables, and the model development and validation.

O planejamento de produção é um elemento essencial para as empresas, pois permite definir os volumes a serem produzidos, conforme a estimativa de demanda e a capacidade produtiva disponível. Este trabalho contribui para o planejamento da produção, integrando variáveis e parâmetros que podem ajudar na maximização do resultado econômico das organizações. Esta dissertação apresenta três objetivos principais relacionados a esse tema: (i) identificar os problemas e as variáveis que precisam ser analisadas no desenvolvimento de métodos que se adéquam às necessidades das áreas envolvidas; (ii) desenvolver algoritmo para integrar as variáveis identificadas e os dados empresariais, de forma a viabilizar a aplicação do modelo, baseado em programação matemática e distribuições de probabilidade; (iii) aplicar os modelos propostos, a fim de avaliar sua utilidade e discutir os resultados obtidos. O estudo realizado revela a importância do uso de métodos formais de planejamento da produção integrados à definição do preço do produto. A definição de preços ou volumes de produção diferente dos valores ótimos pode afetar substancialmente o lucro global do sistema produtivo. / Production planning is an essential tool for companies, since it establishes the volumes to be produced, according to estimated demand and available production capacity. This work contributes with production planning field by integrating variables and parameters that impact the economic results of the organizations. This study presents three main objectives: (i) identification of issues and variables that need to be analyzed to develop methods suited to the needs of the areas involved, (ii) development of algorithms to integrate the identified variables and business data, in order to enable the application of the model, based on mathematical programming and probability distributions, (iii) application of the proposed models to evaluate their usefulness and discuss results. The study reveals the importance of using production planning formal methods that integrate products’ prices. The establishment of prices or production volumes different from optimum values may substantially affect production system global profit.

In this paper we proposed 0-1 integer programming formulation to model single batch processing machine. This problem deals with a set of jobs with non-identical sizes and processing times that has to be grouped to form batches according to the limited capacity of the machine. The processing time of a batch is the longest processing time of all jobs in the batch. The performance measure is the total time required to process all jobs (makespan). The formulation presented strengthens the model, i.e., it is closer to the optimal formulation than those proposed in the literature. Computational experiments demonstrate that the model is consistent and adequately represents the problem addressed. / Neste trabalho é proposta uma formulação de programação inteira 0-1 para modelar o problema de programação e dimensionamento de lotes de produção em máquina única. Este problema considera um conjunto de tarefas com diferentes tamanhos e tempos de processamento que devem ser agrupadas em lotes de acordo com a capacidade limitada da máquina. O tempo de processamento de um lote é determinado pelo maior tempo de processamento dentre todas as tarefas que compõem o lote. A medida de desempenho é o tempo total necessário para processar todas as tarefas (makespan). A formulação apresentada é mais forte, ou seja, mais próxima da formulação ideal do que aquelas propostas na literatura. Experimentos computacionais demonstram que o modelo é consistente e representa adequadamente o problema tratado.