Les travaux présentés dans cette thèse abordent la minimisation de coûts de production dans uneindustrie de produits douches et capillaires. Dans cette industrie, le processus de production inclus deuxétapes successives : la fabrication des lots de produit cosmétique et le stockage intermédiaire de ces derniers.Les coûts de production sont essentiellement liés aux opérations de lavage des ressources de fabrication etde stockage intermédiaire. Ces opérations de lavage doivent être effectuées lors de la succession des lots vuleur différentes caractéristiques physiques (couleur, viscosité,...) et chimiques (contenus chimiques,...).Ce problème est décomposé en deux sous-problèmes. Le premier consiste en l'optimisation du stockageintermédiaire. Le site dispose de plusieurs cuves de stockage, de différentes capacités, disposées en parallèle.Le rôle de ces cuves de stockage est de contenir temporairement les lots. Résoudre ce problème équivautà calculer les affectations des lots sur les cuves ainsi que leur date de début de transfert. L'objectif est deminimiser le nombre d'opérations de lavages des cuves de stockage.Le second sous-problème consiste à optimiser la fabrication des lots. Le site comprend plusieurs sallesde fabrication disposées en parallèle. Chaque salle de fabrication est constituée par plusieurs machinesorganisées en Flowshop Hybride. Pour résoudre ce problème, il faut calculer une affectation des lots sur lessalles de fabrication et les ordonnancer sur les machines de celles-ci. L'objectif est de minimiser le nombred'opérations de lavage induites par la succession des lots sur les machines.Nous proposons de résoudre le sous-problème d'optimisation du stockage intermédiaire en premier lieu,pour ensuite résoudre le sous-problème d'optimisation de la fabrication. Nous proposons et expérimentonsplusieurs méthodes heuristiques (gloutons, colonies de fourmis, méthodes arborescentes tronquées, méthodes dédiées) pour la résolution de chaque sous-problème. Les meilleures méthodes de résolution sontdestinées à être intégrées dans un logiciel de planification de la production quotidienne. / The work presented in this thesis addresses the minimization of production costs in an industry ofshowers and hair products. In this industry, the production process consists in two successive steps : themaking of cosmetic products and the intermediate storage of these latter. Production costs are mainlyrelated to cleaning operations of the making and the storage resources. These cleaning operations must beperformed in the sequence of two different batches of cosmetic product because of their different physical(color, viscosity, ...) and chemical (chemical contents,..) characteristics.This problem is decomposed into two sub-problems. The first one is the optimization of intermediatestorage. The shop is made up of parallel storage tanks of various capacities. These storage tanks haveto temporarily store the batches. Solving this problem is equivalent to calculating the assignment of thebatches on the storage tanks and their starting date of transfer. The objective is to minimize the numberof cleaning operations of the storage tanks.The second sub-problem is the optimization of the making process of the batches. The shop gathersseveral making units arranged in parallel. Each making unit consists in multiple mixing machines organizedin hybrid flowshop. To solve this problem, we have to calculate an assignment of the batches on the makingunits and their schedule on the mixing machines. The objective is to minimize the number of cleaningoperations.We propose to solve the sub-problem of optimization of the intermediate storage first, and then solvethe sub-problem of the optimization of the making process. We propose and experiment several heuristics(greedy, ant colonies, truncated tree methods, dedicated methods) for solving each sub-problem. The bestsolution methods are designed to be integrated into a software production planning.

This paper focuses on characterization of scheduling in systems with one or multiple machines. There are different types of tasks given, with which we can encounter in scheduling. At the beginning, introduce basic concepts of production scheduling. The second chapter is a flowshop problem with its history and projections for the flowshop problem. In the next chapter is a modification of flowshop problem called hybrid flowshop, which is divided according flexibility to hybrid flowshop with processing flexibility and hybrid flowshop with routing flexibility. Another chapter is open shop problem, which have some differences compare with the above mentioned types. The last chapter is a job shop, stating in a graphical solution for two machines and a brief description of the algorithm Shifting bottleneck.

O presente trabalho aborda o ambiente de produção conhecido como flowshop híbrido. Devido a crescente complexidade dos sistemas de produção, este ambiente é frequentemente encontrado em situações reais de manufatura. No caso estudado existem estágios em série e em cada estágio existe um número de máquinas idênticas em paralelo. Os tempos de processamento em cada estágio são dependentes da tarefa, já a rota através do sistema é a mesma para todas as tarefas. O objetivo é minimizar o atraso total, ou seja, a soma do atraso de todas as tarefas. Um modelo de programação linear inteira mista é apresentado para este problema e, dada a sua complexidade, ele é abordado através de uma meta-heurística relativamente nova e que, conforme revisão da literatura, nunca foi aplicada a este problema. Conhecida por BRKGA (Biased Random-Key Genetic Algorithm), este método codifica as soluções de maneira a obter um melhor desempenho em comparação com algoritmos genéticos tradicionais. Com o objetivo de avaliar a melhor estratégia, são propostas diversas versões de BRKGA para o problema considerado. Estas versões buscam explorar características das melhores heurísticas construtivas da literatura, dentre estas: ordens direta e inversa de programação das tarefas dentro do ambiente produtivo, identificação do estágio gargalo e diferenciação da programação do gargalo dos demais estágios. Experimentos computacionais foram realizados com 432 problemas teste de grande porte. Os métodos apresentados são comparados entre si e os resultados mostraram que uma versão do BRKGA se destaca frente às demais, visto que ela atingiu o melhor resultado em 61% dos problemas. Destaca-se que o método de melhor desempenho da literatura obteve a melhor solução em apenas 15% dos problemas. Devido às dimensões dos problemas teste da literatura, não foi possível encontrar suas soluções ótimas. Deste modo, este trabalho propõe um novo limitante inferior para o mínimo atraso total. Além disso, 576 novos problemas teste de menores dimensões são propostos e seus resultados ótimos são utilizados para aprofundar as comparações. Os resultados deste experimento indicaram que o BRKGA proposto apresentou um bom desempenho visto que, na média, seus resultados estão apenas a 2,4% dos resultados ótimos. / This work addresses a scheduling problem in hybrid flowshops. Due to the increasing complexity of production systems, this production environment is often encountered in real manufacturing situations. In hybrid flowshops, there are stages in series and, in each stage, a number of similar parallel machines. Processing times in each stage are dependent on the job, and the route through the system is the same for all jobs. The objective is to minimize the total tardiness, that is, the sum of all jobs tardiness. A mixed integer linear programming model is presented for the problem considered. Given its complexity, this problem is approached by a relatively new meta-heuristic, known as BRKGA (Biased Random-Key Genetic Algorithm). A literature review showed that BRKGA had never been applied to this problem. The BRKGA codes solutions in order to obtain a better performance compared with traditional genetic algorithms. Several versions of BRKGA were developed in order to evaluate the best strategy to solve the problem considered. These versions aim to exploit features of the best constructive heuristic from the literature, among them: scheduling jobs in direct and inverse order within the production environment, identification of the bottleneck stage and distinction of the bottleneck stage schedule from the others. Computational experiments were conducted with 432 large instances. The methods were compared and the results showed that one of these versions stood out against the others. This version achieved better results in 61% of instances, while the best heuristic from the literature achieved 15%. Due to the size of these instances, optimal solutions were not found. Therefore, this work develops a new lower bound for the minimum total tardiness. Additionally, in order to find optimal results, a set of 576 new instances is proposed. This experiment indicated that the BRKGA proposed performed well since, on average, their results are only 2.4% away from the optimal results.

O presente trabalho aborda o ambiente de produção conhecido como flowshop híbrido. Devido a crescente complexidade dos sistemas de produção, este ambiente é frequentemente encontrado em situações reais de manufatura. No caso estudado existem estágios em série e em cada estágio existe um número de máquinas idênticas em paralelo. Os tempos de processamento em cada estágio são dependentes da tarefa, já a rota através do sistema é a mesma para todas as tarefas. O objetivo é minimizar o atraso total, ou seja, a soma do atraso de todas as tarefas. Um modelo de programação linear inteira mista é apresentado para este problema e, dada a sua complexidade, ele é abordado através de uma meta-heurística relativamente nova e que, conforme revisão da literatura, nunca foi aplicada a este problema. Conhecida por BRKGA (Biased Random-Key Genetic Algorithm), este método codifica as soluções de maneira a obter um melhor desempenho em comparação com algoritmos genéticos tradicionais. Com o objetivo de avaliar a melhor estratégia, são propostas diversas versões de BRKGA para o problema considerado. Estas versões buscam explorar características das melhores heurísticas construtivas da literatura, dentre estas: ordens direta e inversa de programação das tarefas dentro do ambiente produtivo, identificação do estágio gargalo e diferenciação da programação do gargalo dos demais estágios. Experimentos computacionais foram realizados com 432 problemas teste de grande porte. Os métodos apresentados são comparados entre si e os resultados mostraram que uma versão do BRKGA se destaca frente às demais, visto que ela atingiu o melhor resultado em 61% dos problemas. Destaca-se que o método de melhor desempenho da literatura obteve a melhor solução em apenas 15% dos problemas. Devido às dimensões dos problemas teste da literatura, não foi possível encontrar suas soluções ótimas. Deste modo, este trabalho propõe um novo limitante inferior para o mínimo atraso total. Além disso, 576 novos problemas teste de menores dimensões são propostos e seus resultados ótimos são utilizados para aprofundar as comparações. Os resultados deste experimento indicaram que o BRKGA proposto apresentou um bom desempenho visto que, na média, seus resultados estão apenas a 2,4% dos resultados ótimos. / This work addresses a scheduling problem in hybrid flowshops. Due to the increasing complexity of production systems, this production environment is often encountered in real manufacturing situations. In hybrid flowshops, there are stages in series and, in each stage, a number of similar parallel machines. Processing times in each stage are dependent on the job, and the route through the system is the same for all jobs. The objective is to minimize the total tardiness, that is, the sum of all jobs tardiness. A mixed integer linear programming model is presented for the problem considered. Given its complexity, this problem is approached by a relatively new meta-heuristic, known as BRKGA (Biased Random-Key Genetic Algorithm). A literature review showed that BRKGA had never been applied to this problem. The BRKGA codes solutions in order to obtain a better performance compared with traditional genetic algorithms. Several versions of BRKGA were developed in order to evaluate the best strategy to solve the problem considered. These versions aim to exploit features of the best constructive heuristic from the literature, among them: scheduling jobs in direct and inverse order within the production environment, identification of the bottleneck stage and distinction of the bottleneck stage schedule from the others. Computational experiments were conducted with 432 large instances. The methods were compared and the results showed that one of these versions stood out against the others. This version achieved better results in 61% of instances, while the best heuristic from the literature achieved 15%. Due to the size of these instances, optimal solutions were not found. Therefore, this work develops a new lower bound for the minimum total tardiness. Additionally, in order to find optimal results, a set of 576 new instances is proposed. This experiment indicated that the BRKGA proposed performed well since, on average, their results are only 2.4% away from the optimal results.

The flow shop scheduling problem is a classical combinatorial problem being studied for years. The focus of this research is to study two variants of the flow shop scheduling problem in order to minimize makespan by scheduling n jobs on m machines. A solution approach is developed for the modified flow shop problem with due dates and release times. This algorithm is an attempt to contribute to the limited literature for the problem. Another tabu search-based solution approach is developed to solve the classical flow shop scheduling problem. This meta-heuristic (called 3XTS) allows an efficient search of the neighboring solutions leading to a fast solution procedure. Several control parameters affecting the quality of the algorithm are experimentally tested, and certain rules are established for different problem instances. The 3XTS is compared to another tabu search method (that seems to be a champion) in terms of solution quality and computation time.

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Neste trabalho foram tratados dois problemas: o primeiro à denominado Continuous Permutation Flowshop Scheduling Problem (CPFSP), que possui a restriÃÃo de que nenhuma tarefa pode esperar por processamento entre mÃquinas consecutivas; o segundo à denominado de Permutation Flowshop Scheduling Problem (PFSP), em que a restriÃÃo anterior nÃo existe. A metaheurÃstica Algoritmo GenÃtico (AG) tem sido aplicada com sucesso ao PFSP, mas atà o momento nÃo foi encontrado na literatura algo que mostre que o AG à um bom mÃtodo para o CPFSP. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um AG eficiente paras esses dois problemas, mas que nÃo precisa utilizar inicializaÃÃo eficiente e/ou hibridizaÃÃo com outra tÃcnica de busca. O desenvolvimento do AG proposto levou em consideraÃÃo as caracterÃsticas, diversificaÃÃo e a intensificaÃÃo, que inspiraram a criaÃÃo de trÃs procedimentos que melhoraram o desempenho do AG proposto. Foram realizados vÃrios experimentos com as instÃncias de Taillard (1993), Reeves (1995) e Heller (1960). Os resultados foram comparados com outros mÃtodos encontrados na literatura. Foram construÃdos polinÃmios com a utilizaÃÃo de InterpolaÃÃo Lagrangeana para determinar o tempo execuÃÃo do AG proposto. Por fim, o mÃtodo foi aplicado num problema real. Os resultados mostraram que o AG proposto à o melhor mÃtodo para o CPFSP e que fica muito prÃximo do melhor AG encontrado na literatura com inicializaÃÃo eficiente para o PFSP

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Nesta tese, dois diferentes problemas de programação da produção são abordados, o Flexible JobShop Scheduling Problem com Flexibilidade de sequenciamento e o Flowshop Scheduling Problem com tempos de espera e permutação de sequência. Para ambos, inicialmente um algoritmo list scheduling (LS) que explora características do problema é desenvolvido e então estendido para um método do tipo Beam Search (BS) que utiliza o LS em seus principais elementos: (1) expansão dos níveis, (2) avaliação local dos candidatos e (3) avaliação global dos candidatos. Todos os métodos propostos são determinísticos e seus pseudocódigos são cuidadosamente descritos para garantir a replicabilidade dos resultados reportados. O desempenho dos métodos propostos são avaliados utilizando instâncias e outros métodos heurísticos da literatura. Os resultados computacionais obtidos mostram a eficiência das heurísticas propostas que superaram os métodos da literatura utilizando pouco tempo computacional. / In this thesis two diferent scheduling problems were addressed, the Flexible Job Shop Scheduling Problem with sequence Flexibility and the Flowshop Scheduling Problem with waiting times and sequence permutation. For both problems, firstly, a list scheduling (LS) algorithm which exploit features of the problem was developed and then it was extedend to a Beam Search (BS) method which use the LS in his main features: (1) level expansion, (2) local evaluation and (3) global evaluation. All the proposed methods are deterministics and their pseudocodes are carefully described to ensure the replicability of the reported results. The performance of the proposed methods was evaluated using instances and other heuristic methods found in literature. The computational results show the eficiency of the proposed heuristics, which outperformed the literature methods while using low computational time.

O problema integrado de programação de produção e dimensionamento de lotes em ambiente fowshop consiste em estabelecer tamanhos de lotes de produção e alocar máquinas para processá-los dentro de um horizonte de planejamento, em uma linha de produção com máquinas dispostas em série. O problema considera que a demanda deve ser atendida sem atrasos, que a capacidade das máquinas deve ser respeitada e que as preparações de máquinas são dependentes da sequência de produção e preservadas entre períodos do horizonte de planejamento. O objetivo é determinar uma programação de produção visando minimizar os custos de preparação de máquina, de produção e de estoque. Um modelo matemático da literatura é apresentado assim como procedimentos para obtenção de limitantes inferiores. Além disso, abordamos o problema por meio de distintas versões da metaheurística Times Assíncronos (A-Teams). Os procedimentos propostos foram comparados com heurísticas da literatura baseadas em Programação Inteira Mista (MIP). As metodologias desenvolvidas e os resultados obtidos são apresentados nesta dissertação / The integrated production scheduling and lot sizing problem in a fowshop environment consists in establishing production lot sizes and alocate machines to process them inside a planning horizon, in a production line with machines arranged in series. The problem considers that demand must be met without backlogging, the capacity of the machines must be respected, machine setup are sequence-dependent and preserved between periods of the planning horizon. The objective is to determine a production schedule to minimize the setup, production and inventory costs. A mathematical model from the literature is presented as well as procedures for obtaining lower bounds. In addition, we propose to address the problem through different versions of the metaheuristic Asynchronous Teams (A-Teams). The procedures were compared with literature heuristics based on Mixed Integer Programming (MIP). The developed methodologies and the obtained results are presented in this dissertation

Dans cette thèse, nous avons traité les problèmes d'ordonnancement d'ateliers de type flowshop hybride à deux étages avec machines à traitement par batches sur le second étage et compatibilité entre les tâches.Les durées opératoires des tâches sont données par des intervalles, et les tâches sont dites compatibles si elles partagent une même durée d'exécution. Pour le problème de minimisation de la date de fin d'ordonnancement de ce type d'atelier, nous avons développé 6 heuristiques à performances garanties. D'après les expériences réalisées, ces heuristiques sont efficaces sur de grandes instances. Pour les petites instances, nous avons présenté deux méthodes exactes de type procédures par séparation évaluation qui permettent de résoudre des instances de 20 tâches. Nous avons également développé un schéma d'approximation polynomial (PTAS) utilisable lorsque les durées d'exécution sur le premier étage sont identiques. En complément de ces travaux, nous avons également étudié d’autres problèmes de minimisation de critères réguliers sur une machine à traitement par batches. Nous avons développé des algorithmes de programmation dynamiques pseudo-polynomiaux pour les problèmes de minimisation de la somme des dates de fin d'exécution et pour les problèmes avec dates de fin souhaitées. Afin de compléter ces résultats de complexité, nous avons montré la NP-complétude des problèmes avec dates de fin souhaitées / This thesis deals with 2-stages hybrid flowshop scheduling problems with batching machines on the second stage and compatibility constraints. The processing times of tasks are given by intervals and tasks are compatible if they share a same second stage processing time. We developped 6 heuristics with worth-case analysis for the makespan minimization problem. The experimental results show that these heuristics give good schedules with an average gap of 1\% on 200 task instances. For small instances, we presented 2 exact methods, Branch \& Bounds, which solves up to 20 task instances. For the particular case with identical processing times on first stage and uniform processing time intervals we developped a Polynomial Time Approximation Scheme (PTAS). The second part of this thesis deal with scheduling problems on one batching machine with infinite capacity and regular criteria minimization. We developped pseudo-polynomial dynamic programming algorithm for minimization total completion time, maximal lateness and total tardiness. Finally we show the NP-completeness of problems with due dates