Escalonamento de processos é um tipo de problema de otimização combinatória no qual devemos alocar máquinas à tarefas por períodos específicos de tempo. A literatura contém diversos estudos propondo técnicas para resolver modelos de escalonamento de processos como o job shop e o open shop. Esses modelos permitem que os passos no processo produtivo sejam ou completamente ordenados ou sem ordenação alguma. Com o aumento da complexidade das aplicações industriais no encontramos, mais recentemente, diversos trabalhos que propõe problemas de escalonamento de processos mais gerais para modelar mais precisamente os processos produtivos. O mixed shop, group shop e partial shop são exemplos de tais modelos. Nesse trabalho nós propomos uma busca tabu iterada para o partial shop, que é um modelo geral que inclui diversos modelos mais restritivos. Os componentes novos mais importantes da técnica são o gerador de solução inicial, a vizinhança e o limite inferior para a vizinhança. Em experimentos computacionais nós conseguimos demonstrar que a heurística genérica e única é capaz de competir, e as vezes superar, as técnicas de estado de arte desenvolvidas especificamente para partial, open, mixed e group shop. Algumas vezes uma máquina é o gargalo de um processo produtivo, e é replicada. Na literatura o caso das máquinas paralelas foi incluído em diversas extensões de problemas de escalonamento de processos. Nessa tese nós também propomos uma técnica para escalonar as máquinas paralelas, sem incluí-las explicitamente na representação do problema. Nós usamos técnicas gerais para os casos sem máquinas paralelas para produzir uma busca heurística tabu rápida, e estado da arte, para o caso do job shop com máquinas paralelas. / Shop scheduling is a combinatorial optimization type of problem in which we must allocate machines to jobs for specific periods time. A set of constraints defines which schedules are valid, and we must select one that minimizes or maximizes an objective function. In this work we use the makespan, which is the time the last job finishes. The literature contains several studies proposing techniques to solve shop problems such as the job shop and open shop. These problems allow the steps of the production processes to be either fully ordered or not ordered at all. With increasing complexity and size of industrial applications we find, more recently, several works which propose more general shop problems to model the production processes more accurately. The mixed shop, group shop and partial shop are examples of such problems In this work we propose an iterated tabu search for the partial shop, which is a general problem and includes several other more restrictive shop problems. The most important novel components of the solver are the initial solution generator, the neighbourhood, and the lower bound for the neighbourhood. In computational experiments we were able to show that the general partial shop solver is able to compete with, and sometimes surpass, the state-of-the-art solvers developed specifically for the partial, open, mixed and group shops. Sometimes a machine is a bottleneck in the production process, and is replicated. In the literature the parallel machines case has being included in several extensions of shop problems. In this thesis we also propose a technique to schedule the parallel machines heuristically, without including them explicitly in the representation of the problem. We use general techniques for the non-parallel machine cases to produce a fast tabu search heuristic results for the job shop with parallel machines.

Escalonamento de processos é um tipo de problema de otimização combinatória no qual devemos alocar máquinas à tarefas por períodos específicos de tempo. A literatura contém diversos estudos propondo técnicas para resolver modelos de escalonamento de processos como o job shop e o open shop. Esses modelos permitem que os passos no processo produtivo sejam ou completamente ordenados ou sem ordenação alguma. Com o aumento da complexidade das aplicações industriais no encontramos, mais recentemente, diversos trabalhos que propõe problemas de escalonamento de processos mais gerais para modelar mais precisamente os processos produtivos. O mixed shop, group shop e partial shop são exemplos de tais modelos. Nesse trabalho nós propomos uma busca tabu iterada para o partial shop, que é um modelo geral que inclui diversos modelos mais restritivos. Os componentes novos mais importantes da técnica são o gerador de solução inicial, a vizinhança e o limite inferior para a vizinhança. Em experimentos computacionais nós conseguimos demonstrar que a heurística genérica e única é capaz de competir, e as vezes superar, as técnicas de estado de arte desenvolvidas especificamente para partial, open, mixed e group shop. Algumas vezes uma máquina é o gargalo de um processo produtivo, e é replicada. Na literatura o caso das máquinas paralelas foi incluído em diversas extensões de problemas de escalonamento de processos. Nessa tese nós também propomos uma técnica para escalonar as máquinas paralelas, sem incluí-las explicitamente na representação do problema. Nós usamos técnicas gerais para os casos sem máquinas paralelas para produzir uma busca heurística tabu rápida, e estado da arte, para o caso do job shop com máquinas paralelas. / Shop scheduling is a combinatorial optimization type of problem in which we must allocate machines to jobs for specific periods time. A set of constraints defines which schedules are valid, and we must select one that minimizes or maximizes an objective function. In this work we use the makespan, which is the time the last job finishes. The literature contains several studies proposing techniques to solve shop problems such as the job shop and open shop. These problems allow the steps of the production processes to be either fully ordered or not ordered at all. With increasing complexity and size of industrial applications we find, more recently, several works which propose more general shop problems to model the production processes more accurately. The mixed shop, group shop and partial shop are examples of such problems In this work we propose an iterated tabu search for the partial shop, which is a general problem and includes several other more restrictive shop problems. The most important novel components of the solver are the initial solution generator, the neighbourhood, and the lower bound for the neighbourhood. In computational experiments we were able to show that the general partial shop solver is able to compete with, and sometimes surpass, the state-of-the-art solvers developed specifically for the partial, open, mixed and group shops. Sometimes a machine is a bottleneck in the production process, and is replicated. In the literature the parallel machines case has being included in several extensions of shop problems. In this thesis we also propose a technique to schedule the parallel machines heuristically, without including them explicitly in the representation of the problem. We use general techniques for the non-parallel machine cases to produce a fast tabu search heuristic results for the job shop with parallel machines.

Escalonamento de processos é um tipo de problema de otimização combinatória no qual devemos alocar máquinas à tarefas por períodos específicos de tempo. A literatura contém diversos estudos propondo técnicas para resolver modelos de escalonamento de processos como o job shop e o open shop. Esses modelos permitem que os passos no processo produtivo sejam ou completamente ordenados ou sem ordenação alguma. Com o aumento da complexidade das aplicações industriais no encontramos, mais recentemente, diversos trabalhos que propõe problemas de escalonamento de processos mais gerais para modelar mais precisamente os processos produtivos. O mixed shop, group shop e partial shop são exemplos de tais modelos. Nesse trabalho nós propomos uma busca tabu iterada para o partial shop, que é um modelo geral que inclui diversos modelos mais restritivos. Os componentes novos mais importantes da técnica são o gerador de solução inicial, a vizinhança e o limite inferior para a vizinhança. Em experimentos computacionais nós conseguimos demonstrar que a heurística genérica e única é capaz de competir, e as vezes superar, as técnicas de estado de arte desenvolvidas especificamente para partial, open, mixed e group shop. Algumas vezes uma máquina é o gargalo de um processo produtivo, e é replicada. Na literatura o caso das máquinas paralelas foi incluído em diversas extensões de problemas de escalonamento de processos. Nessa tese nós também propomos uma técnica para escalonar as máquinas paralelas, sem incluí-las explicitamente na representação do problema. Nós usamos técnicas gerais para os casos sem máquinas paralelas para produzir uma busca heurística tabu rápida, e estado da arte, para o caso do job shop com máquinas paralelas. / Shop scheduling is a combinatorial optimization type of problem in which we must allocate machines to jobs for specific periods time. A set of constraints defines which schedules are valid, and we must select one that minimizes or maximizes an objective function. In this work we use the makespan, which is the time the last job finishes. The literature contains several studies proposing techniques to solve shop problems such as the job shop and open shop. These problems allow the steps of the production processes to be either fully ordered or not ordered at all. With increasing complexity and size of industrial applications we find, more recently, several works which propose more general shop problems to model the production processes more accurately. The mixed shop, group shop and partial shop are examples of such problems In this work we propose an iterated tabu search for the partial shop, which is a general problem and includes several other more restrictive shop problems. The most important novel components of the solver are the initial solution generator, the neighbourhood, and the lower bound for the neighbourhood. In computational experiments we were able to show that the general partial shop solver is able to compete with, and sometimes surpass, the state-of-the-art solvers developed specifically for the partial, open, mixed and group shops. Sometimes a machine is a bottleneck in the production process, and is replicated. In the literature the parallel machines case has being included in several extensions of shop problems. In this thesis we also propose a technique to schedule the parallel machines heuristically, without including them explicitly in the representation of the problem. We use general techniques for the non-parallel machine cases to produce a fast tabu search heuristic results for the job shop with parallel machines.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:50:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6422.pdf: 2110662 bytes, checksum: eb693b2b653ba32626459f3fd72fa98b (MD5) Previous issue date: 2014-12-05 / The PBC System is a well-known Ordering System that periodically syncronizes the material flow of the shop floor. The PBC has the property of constant and planned production lead-time, a policy of minimal lot sizing and a constant frequency on order releasing. An exhaustive literature review presented in this thesis has shown that work uses PBC when the production capacity is not constant. This is a reality presented in companies where compensatory times off allows the capacity be tranfer between time stamps and employees that can work on diferente positions, allowing the capacity to be managed from one working center to another. This work formally defines those issues using mathematical programming, and defines a set of heuristics to solve it. After the application of the models and heuristics to a set of instances, one can note that the heuristics are eficiente to solve the problem, and the strategy of using PBC is very successful in the studied environment (production system with variable capacity). / O sistema PBC é conhecido como um sistema de controle da produção que sincroniza periodicamente o fluxo de materiais no chão de fábrica. O PBC tem a característica de possuir lead-time de produção constante e planejado, política de dimensionamento de lote conforme o mínimo necessário e frequência estável na liberação de ordens. Uma revisão exaustiva da literatura, apresentada neste trabalho, mostrou que não existem relatos do uso do PBC em ambientes onde a capacidade produtiva não é constante, uma realidade que se apresenta às empresas com a adoção de políticas de banco de horas (que permitem a transferência de capacidade produtiva entre diferentes períodos) e funcionários polivantes (que permitem a transferência de capacidade produtiva entre diferentes centros de trabalho). O presente trabalho define formalmente esse problema, usando técnicas de programação matemática, e propõe um conjunto de heurísticas para resolvê-lo. Após a aplicação dos modelos e heurísticas em um conjunto de casos de teste, mostra-se que as heurísticas propostas são eficazes para a resolução do problema, sendo estratégias viáveis para a implementação do PBC em ambientes de manufatura com capacidade variável.

Para iniciar esta Tesis Doctoral se buscó un problema de producción sencillo pero de amplia aplicación práctica que permitiera adaptarlo para llegar a problemas más generales y de más amplia aplicación. Por este motivo, nos centramos en las máquinas paralelas, y dentro de ellas, en las no relacionadas dado que son una generalización de los casos de máquinas idénticas y de las uniformemente relacionadas. Escogimos el objetivo de minimizar el tiempo máximo de finalización o Cm ax, uno de los más comunes de la literatura. Este problema tiene la facultad de que, a pesar de su carácter teórico, tiene una amplia aplicación práctica, como el caso de secuenciar las tareas de los hornos de cocción cerámicos. Por otra parte se quería ampliar el problema para el caso en que no se usaran todas las máquinas o no se hicieran todos los trabajos necesariamente. Las metas perseguidas son el presentar unos algoritmos sencillos y potentes para la resolución del problema R//Cm ax, capaces de constituirse en el estado del arte. Dado que los modernos ordenadores montan casi en su totalidad varios núcleos en su CPU y los algoritmos se van adaptando a este hecho, también se ha buscado realizar una adaptación de los algoritmos para su uso en paralelo. Finalmente, se pone como meta el encontrar métodos eficaces y sencillos para la resolución de problemas de este tipo en donde no se emplearan todas las máquinas o no se realizaran todos los trabajos. En la presente Tesis Doctoral se realizó un amplio estudio de la literatura existente respecto al problema de máquinas paralelas no relacionadas y se extrajo el estado del arte, así como un estudio del posible tipo de instancias a emplear, dado que no existía una grupo de instancias tipo para este problema. Se presentan cuatro algoritmos iniciales sencillos que mejoran los resultados del estado del arte en algunos casos y dan mejores resultados de media en el conjunto total de instancias tratadas. / Fanjul Peyró, L. (2011). Nuevos algoritmos para el problema de secuenciación en máquinas paralelas no relacionadas y generalizaciones [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/9312 / Palancia

[EN] Nowadays, manufacturing systems meet different new global challenges and the existence of a collaborative manufacturing environment is essential to face with. Distributed manufacturing and assembly systems are two manufacturing systems which allow industries to deal with some of these challenges. This thesis studies a production problem in which both distributed manufacturing and assembly systems are considered. Although distributed manufacturing systems and assembly systems are well-known problems and have been extensively studied in the literature, to the best of our knowledge, considering these two systems together as in this thesis is the first effort in the literature. Due to the importance of scheduling optimization on production performance, some different ways to optimize the scheduling of the considered problem are discussed in this thesis. The studied scheduling setting consists of two stages: A production and an assembly stage. Various production centers make the first stage. Each of these centers consists of several machines which are dedicated to manufacture jobs. A single assembly machine is considered for the second stage. The produced jobs are assembled on the assembly machine to form final products through a defined assembly program. In this thesis, two different problems regarding two different production configurations for the production centers of the first stage are considered. The first configuration is a flowshop that results in what we refer to as the Distributed Assembly Permutation Flowshop Scheduling Problem (DAPFSP). The second problem is referred to as the Distributed Parallel Machine and Assembly Scheduling Problem (DPMASP), where unrelated parallel machines configure the production centers. Makespan minimization of the product on the assembly machine located in the assembly stage is considered as the objective function for all considered problems. In this thesis some extensions are considered for the studied problems so as to bring them as close as possible to the reality of production shops. In the DAPFSP, sequence dependent setup times are added for machines in both production and assembly stages. Similarly, in the DPMASP, due to technological constraints, some defined jobs can be processed only in certain factories. Mathematical models are presented as an exact solution for some of the presented problems and two state-of-art solvers, CPLEX and GUROBI are used to solve them. Since these solvers are not able to solve large sized problems, we design and develop heuristic methods to solve the problems. In addition to heuristics, some metaheuristics are also designed and proposed to improve the solutions obtained by heuristics. Finally, for each proposed problem, the performance of the proposed solution methods is compared through extensive computational and comprehensive ANOVA statistical analysis. / [ES] Los sistemas de producción se enfrentan a retos globales en los que el concepto de fabricación colaborativa es crucial para poder tener éxito en el entorno cambiante y complejo en el que nos encontramos. Una característica de los sistemas productivos que puede ayudar a lograr este objetivo consiste en disponer de una red de fabricación distribuida en la que los productos se fabriquen en localizaciones diferentes y se vayan ensamblando para obtener el producto final. En estos casos, disponer de modelos y herramientas para mejorar el rendimiento de sistemas de producción distribuidos con ensamblajes es una manera de asegurar la eficiencia de los mismos. En esta tesis doctoral se estudian los sistemas de fabricación distribuidos con operaciones de ensamblaje. Los sistemas distribuidos y los sistemas con operaciones de ensamblaje han sido estudiados por separado en la literatura. De hecho, no se han encontrado estudios de sistemas con ambas características consideradas de forma conjunta. Dada la complejidad de considerar conjuntamente ambos tipos de sistemas a la hora de realizar la programación de la producción en los mismos, se ha abordado su estudio considerando un modelo bietápico en la que en la primera etapa se consideran las operaciones de producción y en la segunda se plantean las operaciones de ensamblaje. Dependiendo de la configuración de la primera etapa se han estudiado dos variantes. En la primera variante se asume que la etapa de producción está compuesta por sendos sistemas tipo flowshop en los que se fabrican los componentes que se ensamblan en la segunda etapa (Distributed Assembly Permutation Flowshop Scheduling Problem o DAPFSP). En la segunda variante se considera un sistema de máquinas en paralelo no relacionadas (Distributed Parallel Machine and Assembly Scheduling Problem o DPMASP). En ambas variantes se optimiza la fecha de finalización del último trabajo secuenciado (Cmax) y se contempla la posibilidad que existan tiempos de cambio (setup) dependientes de la secuencia de trabajos fabricada. También, en el caso DPMASP se estudia la posibilidad de prohibir o no el uso de determinadas máquinas de la etapa de producción. Se han desarrollado modelos matemáticos para resolver algunas de las variantes anteriores. Estos modelos se han resuelto mediante los programas CPLEX y GUROBI en aquellos casos que ha sido posible. Para las instancias en los que el modelo matemático no ofrecía una solución al problema se han desarrollado heurísticas y metaheurísticas para ello. Todos los procedimientos anteriores han sido estudiados para determinar el rendimiento de los diferentes algoritmos planteados. Para ello se ha realizado un exhaustivo estudio computacional en el que se han aplicado técnicas ANOVA. Los resultados obtenidos en la tesis permiten avanzar en la comprensión del comportamiento de los sistemas productivos distribuidos con ensamblajes, definiendo algoritmos que permiten obtener buenas soluciones a este tipo de problemas tan complejos que aparecen tantas veces en la realidad industrial. / [CAT] Els sistemes de producció s'enfronten a reptes globals en què el concepte de fabricació col.laborativa és crucial per a poder tindre èxit en l'entorn canviant i complex en què ens trobem. Una característica dels sistemes productius que pot ajudar a aconseguir este objectiu consistix a disposar d'una xarxa de fabricació distribuïda en la que els productes es fabriquen en localitzacions diferents i es vagen acoblant per a obtindre el producte final. En estos casos, disposar de models i ferramentes per a millorar el rendiment de sistemes de producció distribuïts amb acoblaments és una manera d'assegurar l'eficiència dels mateixos. En esta tesi doctoral s'estudien els sistemes de fabricació distribuïts amb operacions d'acoblament. Els sistemes distribuïts i els sistemes amb operacions d'acoblament han sigut estudiats per separat en la literatura però, en allò que es coneix, no s'han trobat estudis de sistemes amb ambdós característiques conjuntament. Donada la complexitat de considerar conjuntament ambdós tipus de sistemes a l'hora de realitzar la programació de la producció en els mateixos, s'ha abordat el seu estudi considerant un model bietàpic en la que en la primera etapa es consideren les operacions de producció i en la segona es plantegen les operacions d'acoblament. Depenent de la configuració de la primera etapa s'han estudiat dos variants. En la primera variant s'assumix que l'etapa de producció està composta per sengles sistemes tipus flowshop en els que es fabriquen els components que s'acoblen en la segona etapa (Distributed Assembly Permutation Flowshop Scheduling Problem o DAPFSP). En la segona variant es considera un sistema de màquines en paral.lel no relacionades (Distributed Parallel Machine and Assembly Scheduling Problem o DPMASP). En ambdós variants s'optimitza la data de finalització de l'últim treball seqüenciat (Cmax) i es contempla la possibilitat que existisquen temps de canvi (setup) dependents de la seqüència de treballs fabricada. També, en el cas DPMASP s'estudia la possibilitat de prohibir o no l'ús de determinades màquines de l'etapa de producció. S'han desenvolupat models matemàtics per a resoldre algunes de les variants anteriors. Estos models s'han resolt per mitjà dels programes CPLEX i GUROBI en aquells casos que ha sigut possible. Per a les instàncies en què el model matemàtic no oferia una solució al problema s'han desenrotllat heurístiques i metaheurísticas per a això. Tots els procediments anteriors han sigut estudiats per a determinar el rendiment dels diferents algoritmes plantejats. Per a això s'ha realitzat un exhaustiu estudi computacional en què s'han aplicat tècniques ANOVA. Els resultats obtinguts en la tesi permeten avançar en la comprensió del comportament dels sistemes productius distribuïts amb acoblaments, definint algoritmes que permeten obtindre bones solucions a este tipus de problemes tan complexos que apareixen tantes vegades en la realitat industrial. / Hatami, S. (2016). The Distributed and Assembly Scheduling Problem [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/64072 / TESIS