Tese de mestrado integrado. Engenharia Industrial e Gestão. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrónica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Estágio realizado na Preh Portugal - e orientado pelo Eng. Luís Lobo / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Área de Especialização de Automação. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Pessoas portadoras de deficiências encontram enormes dificuldades ao tentarem entrar no mercado de trabalho. De fato, sobretudo em países em desenvolvimento, esta parcela significativa da população representa uma fração ínfima dos trabalhadores empregados. Dentre as iniciativas que tentam reverter este quadro, destaca-se a criação de Centros de Trabalhadores Deficientes (CTDs), empresas sem fins lucrativos que empregam pessoas portadoras de deficiências, geralmente em linhas de produção. Um dos fins últimos dos CTDs é expor os trabalhadores a situações encontradas em uma gama diversa de contextos produtivos, de modo que eles possam, eventualmente, vir a compor o quadro de empresas convencionais. A organização e planejamento da operação de CTDs envolve uma série de dificuldades. Questões ligadas à ergonomia do trabalho ou ao gerenciamento de qualidade, por exemplo, adquirem características particulares neste ambiente. Da mesma forma, problemas clássicos de balanceamento de linhas de produção ganham novas particularidades devido, sobretudo, à enorme heterogeneidade existente entre os trabalhadores. Neste contexto, nos interessamos por problemas referentes ao balanceamento da linha de produção com trabalhadores deficientes, onde se busca obter a maior eficiência produtiva dadas as habilidades específicas de cada trabalhador. De maneira mais precisa, o problema de balanceamento de linhas de produção em CTDs, conhecido na literatura como problema de balanceamento e designação de trabalhadores em linhas de produção (ALWABP, na sigla em inglês) consiste em alocar tarefas e trabalhadores a estações de trabalho, de modo a minimizar o gargalo produtivo e levando em consideração que cada tarefa tem um tempo de duração que depende do trabalhador escolhido para sua execução. Isto dá ao problema um caráter de dupla alocação, aumentando seu caráter combinatório e, consequentemente, sua dificuldade de resolução. Nesta dissertação, estudamos uma variedade de técnicas de resolução do ALWABP. Os objetivos deste estudo são, primeiramente, obter métodos diversos para resolução do problema que sejam eficazes tanto em termos do tempo computacional necessário para sua utilização como em termos da qualidade da solução obtida. Dentre as abordagens propostas e testadas encontram-se versões de algoritmos com diferentes complexidades, indo desde heurísticas construtivas e estratégias de busca monotônica em vizinhança até meta-heurísticas como GRASP e Busca Tabu. A variedade de técnicas desenvolvidas permitiu a resolução de um problema ainda mais complexo que o ALWABP, que consiste em programar a linha para diversos períodos produtivos, levando em consideração a rotação de tarefas entre os trabalhadores. Deste modo, os trabalhadores podem ser expostos ao maior número de tarefas possível (atendendo, assim, o fim de treinamento almejado no ambiente dos CTDs). Para resolução do problema de rotação de tarefas, as técnicas desenvolvidas foram utilizadas em um esquema de otimização híbrido que faz uso de um pool de soluções (obtidas pelos métodos heurísticos) que são integradas através de modelos de otimização linear inteira mista. Os resultados obtidos sugerem que as técnicas desenvolvidas são eficientes e flexíveis para o problema ALWABP e que a sua integração permite a obtenção de soluções eficientes para o problema de rotação de tarefas. Deste modo, esta dissertação propõe um esquema completo para o balanceamento de linhas de produção em CTDs / Disabled workers face enormous difficulties when trying to enter to the labor market. At the present moment, in particular in developing countries, this group constitutes a small portion of the labor force in productive processes. Among the initiatives that attempt to reverse this situation, we highlight the creation of sheltered work centers for the disabled (referred to as SWD henceforth), which are non-profit companies that employ people with disabilities, often in assembly lines. The organization and planning of the operation of a SWD involves a number of challenges. Issues related to ergonomy or production quality management, for instance, acquire particular characteristics in this environment. Likewise, classic assembly lines balancing modeling and solving techniques have to be modified, due to the significant heterogeneity among workers. In this context, we are concerned with problems related to the assembly line balancing with disabled workers, which attempts to achieve the higher production efficiency as possible, given the specific skills of each worker. More precisely, the assembly line balancing problem in SWD, known in the literature as the assembly line worker assignment and balancing problem (ALWABP), consists in assigning tasks and workers to workstations, in order to minimize the bottleneck of the production line while considering that each task duration time depends on the worker chosen for its execution. This double assignment structure leads to a much more complex problem. In this dissertation, we study a variety of techniques for solving the ALWABP. The goals of this study are, first of all, the development of a number of efficient techniques for solving the problem, both in terms of computational time required for their use and in terms of the quality of the obtained solutions. Among the techniques proposed and tested, we have versions of algorithms with different complexities, ranging from constructive heuristics and monotonic neighborhood search strategies to metaheuristics such as Tabu Search and GRASP. The diversity of the developed techniques allowed the resolution of a problem even more complex than the ALWABP, which consists of programming the line for a set of periods, taking into account the rotation of tasks among workers. The objective of this new problem is to propose a solution for a given production period that considers the fact that it might be positive to expose the workers to as many tasks as possible (for training, therapeutical and motivational reasons). In order to solve this job rotation problem, the techniques developed were integrated into a hybrid optimization scheme that uses a pool of solutions (obtained with the heuristic methods) which become inputs of mixed integer linear optimization models. The results suggest that the techniques developed are efficient and flexible to the ALWABP and their integration allows the obtention of efficient solutions to the job rotation problem. Thus, this dissertation proposes a complete scheme for the resolution of the balancing problem in SWD production lines

Diversas pesquisas e estudos científicos mostram que uma grande porcentagem das pessoas com deficiência é excluída do mercado de trabalho, sobretudo em países em desenvolvimento. Com o intuito de alterar essa realidade, destacam-se, entre outras medidas, a criação de Centros de Trabalho para Deficientes (CTDs). Tais organizações empregam trabalhadores com deficiência em vários setores empresariais, dando-lhes oportunidades iniciais e preparando-os para que possam, mais tarde, ser inseridos no mercado de trabalho convencional. Vários destes centros operam linhas de produção, principal objeto de estudo desta tese. Nosso estudo é situado em uma etapa idealmente posterior aos CTDs, referente à inserção de trabalhadores com deficiência em linhas de produção convencionais. A demanda por estudos neste contexto tem crescido nos últimos anos, devido sobretudo a políticas corporativas de responsabilidade social e exigências legislativas, como a \"Lei das Cotas\", presentes em diversos países. O planejamento da operação de linhas de produção na presença de trabalhadores com deficiência envolve uma série de desafios, devido à heterogeneidade entre trabalhadores, que faz com que o tempo de execução das tarefas seja dependente de cada indivíduo. Nos deparamos, assim, com um problema de dupla alocação, em que as variáveis de decisão determinam as tarefas a serem inseridas em estações e a alocação de trabalhadores para as mesmas, de modo a otimizar alguma medida de eficiência. O balanceamento de linhas de produção convencionais com uma parcela de trabalhadores com deficiência é denominado problema de balanceamento de linhas de produção e integração de trabalhadores (ALWIBP, do inglês: assembly line worker integration and balancing problem), sendo um caso particular do problema de balanceamento de linhas de produção e designação de trabalhadores (ALWABP, do inglês: assembly line worker assignment and balancing problem), cuja ocorrência é mais comum em linhas de CTDs. Nosso objetivo consiste em estudar formas eficientes de proporcionar a integração de trabalhadores com deficiência em linhas convencionais. Para tanto, abordamos variações do ALWIBP que consideram: (i) minimização de diferentes funções objetivo (número de estações ou tempo de ciclo); (ii) linha de produção com leiautes distintos (simples ou em U); (iii) incertezas quanto ao tempo de execução de cada tarefa (abordagem robusta); (iv) estratégias de rotação de tarefas ou alocação de trabalhadores com deficiência na linha com espaçamento regular. Para cada uma destas extensões, foram desenvolvidos formulações matemáticas, métodos de resolução e novos conjuntos de instâncias teste. Experimentos computacionais indicam possibilidades de adaptação de linhas de produção convencionais à inserção de trabalhadores com deficiência, a custos adicionais baixos ou quase nulos. Portanto, este trabalho oferece alternativas para uma maior flexibilidade na integração de pessoas com deficiência, tornando-os tão eficientes quanto qualquer outro trabalhador denominado \"convencional\". / A number of studies show that a large percentage of disabled people are excluded from the labor market, in particular in developing countries. In order to deal with this problem, one can highlight the importance of Sheltered Work Centers for Disabled (SWDs). These organizations employ disabled workers in various corporate sectors, giving them initial opportunities and preparing them so that they can be later integrated into the conventional labor market. Many of these centers operate assembly lines, the main object of study of this thesis. Our study considers an ideally later stage of SWDs, related with the insertion of disabled workers in conventional assembly lines. The demand for studies in this field has grown over the years, due to corporate social responsibility policies and legal requirements such as \"quotas legislations\", present in many countries. Planning the operation of assembly lines with disabled workers involves a series of challenges due to the heterogeneity among workers, which are reflected in task times being worker dependent. This results in a double allocation problem, where decisions must determine both the tasks and the workers to be assigned to the stations, in order to optimize some efficiency measure. The conventional assembly line balancing with a parcel of disabled workers is known as the assembly line worker integration and balancing problem (ALWIBP), being a particular case of the assembly line worker assignment and balancing problem (ALWABP), which occurance is more common in SWDs. Our goal consists in studying efficient ways to promote the integration of people with disabilities in conventional assembly lines. For that, we address ALWIBP variants that consider: (i) minimization of different objective functions (number of stations or cycle time); (ii) different assembly line layouts (simple or U-shaped); (iii) uncertainties on task execution times (robust approach); (iv) job rotation strategies or allocation of disabled workers in the line with regular spacing. For each of these extensions, we develop mathematical formulations, solution methods and new sets of benchmark instances. Computational experiments indicate possibilities for adapting conventional assembly lines to the insertion of disabled workers, at low or close to null additional costs. Therefore, this study offers alternatives ways of increasing exibility in the integration of people with disabilities, making them as efficient as any other conventional worker.

O problema de balanceamento de linhas de produção e designação de trabalhadores (ALWABP, do inglês Assembly Line Worker Assignment and Balancing Problem ) é uma extensão do problema simples de balanceamento de linhas na qual os tempos de execução de tarefas são dependentes dos trabalhadores. Este problema tem sua motivação prática oriunda de linhas de produção com trabalhadores deficientes. Neste trabalho, focamos em uma extensão para o problema que permite lidar com a possibilidade de layouts de linhas com estações em paralelo. Além disso, estudamos uma segunda variante do problema que permite que os trabalhadores colaborem uns com os outros em uma mesma estação. Apresentamos formulações matemáticas para ambas as versões do problema. Adicionalmente, a partir de adaptações de métodos existentes para o ALWABP serial, desenvolvemos heurísticas construtivas para o ALWABP paralelo e ALWABP colaborativo. Testes computacionais em instâncias da literatura e uma análise detalhada dos resultados são apresentados / The assembly line and worker assignment balancing problem is an extension of the classical simple assembly line balancing problem where task execution times are workerdependent. This problem is motivated by the situation faced when balancing assembly lines with disabled workers. In this study, we focus on an extension for the problem with the goal of including the possibility of having layouts with parallel workstations. We also study a second variation for this problem that allows workers collaborating with each other. We present mathematical formulations for both problems. Moreover, constructive heuristics are developed, based on heuristic methods for the serial assembly line worker assignment and balancing problem. Computational tests on literature instances and a detailed analysis of the results are reported

Linhas de produção são sistemas fabris para produção em larga escala, com grande importância no sistema industrial atual. Como se trata de um sistema já consolidado, é natural que existam métricas de desempenho e estratégias para otimização de eficiência para as diversas configurações de linhas de produção existentes. Este trabalho se concentra em linhas seriais não-ritmadas e estocásticas. Em particular, o interesse é no efeito de se desbalancear adequadamente uma linha de produção para melhorar sua produtividade, o que é denominado na literatura de fenômeno Tigela (Bowl phenomenon). Uma revisão da literatura mostrou que esse fenômeno já foi estudado em diferentes cenários: linhas com e sem buffers, diversos perfis de carga ao longo da linha e diferentes distribuições probabilísticas regendo os tempos de execução das tarefas. Contudo, nenhum dos estudos considerou a indivisibilidade das tarefas, isto é, o fato de que cada tarefa deve ser executada em uma única estação. Essa é a principal lacuna explorada neste estudo. Para isso, são utilizadas instâncias recentemente propostas do Problema Simples de Balanceamento de Linhas de Produção (SALBP, na sigla em inglês) e instâncias do Problema de Designação de Trabalhadores e Balanceamento de Linhas de Produção (ALWABP), que são solucionadas a partir de modelos de programação inteira mista que induzem soluções de acordo com o efeito Tigela. Essas soluções são utilizadas em um modelo de simulação estocástico, também apresentado neste trabalho. Em linhas gerais, os resultados mostram que as soluções do SALBP e ALWABP obtidas podem se beneficiar do efeito Tigela. Além disso, a variedade das instâncias utilizadas nos experimentos argumentam em favor de uma maior capacidade de generalização dos resultados para casos práticos se comparados aos casos simplificados previamente discutidos na literatura. / Assembly lines are large-scale production systems with great value in modern industrial systems. Perfomance measures and strategies have been proposed in order to evaluate and improve the efficiency of numerous assembly line configurations. This dissertation focuses on serial unpaced (stochastic) assembly lines. In particular, the interest of this study is in the effect of deliberately unbalacing the line in a specific manner in order to enhance its performance, a strategy that exploits the so-called Bowl phenomenon. The literature has studied this phenomenon in different scenarios: buffered and unbuffered lines, different workload profiles along the line and different probabilistic task time distributions. However, none of the identified studies considers task indivisibility, an intrisic characteristic of real-world assembly line balancing problems, namely, each task has to be executed in a single station. This is the main gap explored in this study. Thereunto, we use recently proposed instances for the Simple Assembly Line Balancing Problem (SALBP) and some Assembly Line Worker Assignment and Balancing Problem (ALWABP) instances, which are solved using mixed integer programming models capable of inducing bowl workload profiles. These solutions are used as input in a stochastic simulation model, also presented in this study. Overall, the results show that SALBP and ALWABP solutions may benefit from the Bowl phenomenon. Furthermore, the variety of the instances considered in the experiments allows for a better generalization of the results to real-world scenarios if compared to the simplified cases previously shown in the literature.

Pessoas portadoras de deficiências encontram enormes dificuldades ao tentarem entrar no mercado de trabalho. De fato, sobretudo em países em desenvolvimento, esta parcela significativa da população representa uma fração ínfima dos trabalhadores empregados. Dentre as iniciativas que tentam reverter este quadro, destaca-se a criação de Centros de Trabalhadores Deficientes (CTDs), empresas sem fins lucrativos que empregam pessoas portadoras de deficiências, geralmente em linhas de produção. Um dos fins últimos dos CTDs é expor os trabalhadores a situações encontradas em uma gama diversa de contextos produtivos, de modo que eles possam, eventualmente, vir a compor o quadro de empresas convencionais. A organização e planejamento da operação de CTDs envolve uma série de dificuldades. Questões ligadas à ergonomia do trabalho ou ao gerenciamento de qualidade, por exemplo, adquirem características particulares neste ambiente. Da mesma forma, problemas clássicos de balanceamento de linhas de produção ganham novas particularidades devido, sobretudo, à enorme heterogeneidade existente entre os trabalhadores. Neste contexto, nos interessamos por problemas referentes ao balanceamento da linha de produção com trabalhadores deficientes, onde se busca obter a maior eficiência produtiva dadas as habilidades específicas de cada trabalhador. De maneira mais precisa, o problema de balanceamento de linhas de produção em CTDs, conhecido na literatura como problema de balanceamento e designação de trabalhadores em linhas de produção (ALWABP, na sigla em inglês) consiste em alocar tarefas e trabalhadores a estações de trabalho, de modo a minimizar o gargalo produtivo e levando em consideração que cada tarefa tem um tempo de duração que depende do trabalhador escolhido para sua execução. Isto dá ao problema um caráter de dupla alocação, aumentando seu caráter combinatório e, consequentemente, sua dificuldade de resolução. Nesta dissertação, estudamos uma variedade de técnicas de resolução do ALWABP. Os objetivos deste estudo são, primeiramente, obter métodos diversos para resolução do problema que sejam eficazes tanto em termos do tempo computacional necessário para sua utilização como em termos da qualidade da solução obtida. Dentre as abordagens propostas e testadas encontram-se versões de algoritmos com diferentes complexidades, indo desde heurísticas construtivas e estratégias de busca monotônica em vizinhança até meta-heurísticas como GRASP e Busca Tabu. A variedade de técnicas desenvolvidas permitiu a resolução de um problema ainda mais complexo que o ALWABP, que consiste em programar a linha para diversos períodos produtivos, levando em consideração a rotação de tarefas entre os trabalhadores. Deste modo, os trabalhadores podem ser expostos ao maior número de tarefas possível (atendendo, assim, o fim de treinamento almejado no ambiente dos CTDs). Para resolução do problema de rotação de tarefas, as técnicas desenvolvidas foram utilizadas em um esquema de otimização híbrido que faz uso de um pool de soluções (obtidas pelos métodos heurísticos) que são integradas através de modelos de otimização linear inteira mista. Os resultados obtidos sugerem que as técnicas desenvolvidas são eficientes e flexíveis para o problema ALWABP e que a sua integração permite a obtenção de soluções eficientes para o problema de rotação de tarefas. Deste modo, esta dissertação propõe um esquema completo para o balanceamento de linhas de produção em CTDs / Disabled workers face enormous difficulties when trying to enter to the labor market. At the present moment, in particular in developing countries, this group constitutes a small portion of the labor force in productive processes. Among the initiatives that attempt to reverse this situation, we highlight the creation of sheltered work centers for the disabled (referred to as SWD henceforth), which are non-profit companies that employ people with disabilities, often in assembly lines. The organization and planning of the operation of a SWD involves a number of challenges. Issues related to ergonomy or production quality management, for instance, acquire particular characteristics in this environment. Likewise, classic assembly lines balancing modeling and solving techniques have to be modified, due to the significant heterogeneity among workers. In this context, we are concerned with problems related to the assembly line balancing with disabled workers, which attempts to achieve the higher production efficiency as possible, given the specific skills of each worker. More precisely, the assembly line balancing problem in SWD, known in the literature as the assembly line worker assignment and balancing problem (ALWABP), consists in assigning tasks and workers to workstations, in order to minimize the bottleneck of the production line while considering that each task duration time depends on the worker chosen for its execution. This double assignment structure leads to a much more complex problem. In this dissertation, we study a variety of techniques for solving the ALWABP. The goals of this study are, first of all, the development of a number of efficient techniques for solving the problem, both in terms of computational time required for their use and in terms of the quality of the obtained solutions. Among the techniques proposed and tested, we have versions of algorithms with different complexities, ranging from constructive heuristics and monotonic neighborhood search strategies to metaheuristics such as Tabu Search and GRASP. The diversity of the developed techniques allowed the resolution of a problem even more complex than the ALWABP, which consists of programming the line for a set of periods, taking into account the rotation of tasks among workers. The objective of this new problem is to propose a solution for a given production period that considers the fact that it might be positive to expose the workers to as many tasks as possible (for training, therapeutical and motivational reasons). In order to solve this job rotation problem, the techniques developed were integrated into a hybrid optimization scheme that uses a pool of solutions (obtained with the heuristic methods) which become inputs of mixed integer linear optimization models. The results suggest that the techniques developed are efficient and flexible to the ALWABP and their integration allows the obtention of efficient solutions to the job rotation problem. Thus, this dissertation proposes a complete scheme for the resolution of the balancing problem in SWD production lines

Diversas pesquisas e estudos científicos mostram que uma grande porcentagem das pessoas com deficiência é excluída do mercado de trabalho, sobretudo em países em desenvolvimento. Com o intuito de alterar essa realidade, destacam-se, entre outras medidas, a criação de Centros de Trabalho para Deficientes (CTDs). Tais organizações empregam trabalhadores com deficiência em vários setores empresariais, dando-lhes oportunidades iniciais e preparando-os para que possam, mais tarde, ser inseridos no mercado de trabalho convencional. Vários destes centros operam linhas de produção, principal objeto de estudo desta tese. Nosso estudo é situado em uma etapa idealmente posterior aos CTDs, referente à inserção de trabalhadores com deficiência em linhas de produção convencionais. A demanda por estudos neste contexto tem crescido nos últimos anos, devido sobretudo a políticas corporativas de responsabilidade social e exigências legislativas, como a \"Lei das Cotas\", presentes em diversos países. O planejamento da operação de linhas de produção na presença de trabalhadores com deficiência envolve uma série de desafios, devido à heterogeneidade entre trabalhadores, que faz com que o tempo de execução das tarefas seja dependente de cada indivíduo. Nos deparamos, assim, com um problema de dupla alocação, em que as variáveis de decisão determinam as tarefas a serem inseridas em estações e a alocação de trabalhadores para as mesmas, de modo a otimizar alguma medida de eficiência. O balanceamento de linhas de produção convencionais com uma parcela de trabalhadores com deficiência é denominado problema de balanceamento de linhas de produção e integração de trabalhadores (ALWIBP, do inglês: assembly line worker integration and balancing problem), sendo um caso particular do problema de balanceamento de linhas de produção e designação de trabalhadores (ALWABP, do inglês: assembly line worker assignment and balancing problem), cuja ocorrência é mais comum em linhas de CTDs. Nosso objetivo consiste em estudar formas eficientes de proporcionar a integração de trabalhadores com deficiência em linhas convencionais. Para tanto, abordamos variações do ALWIBP que consideram: (i) minimização de diferentes funções objetivo (número de estações ou tempo de ciclo); (ii) linha de produção com leiautes distintos (simples ou em U); (iii) incertezas quanto ao tempo de execução de cada tarefa (abordagem robusta); (iv) estratégias de rotação de tarefas ou alocação de trabalhadores com deficiência na linha com espaçamento regular. Para cada uma destas extensões, foram desenvolvidos formulações matemáticas, métodos de resolução e novos conjuntos de instâncias teste. Experimentos computacionais indicam possibilidades de adaptação de linhas de produção convencionais à inserção de trabalhadores com deficiência, a custos adicionais baixos ou quase nulos. Portanto, este trabalho oferece alternativas para uma maior flexibilidade na integração de pessoas com deficiência, tornando-os tão eficientes quanto qualquer outro trabalhador denominado \"convencional\". / A number of studies show that a large percentage of disabled people are excluded from the labor market, in particular in developing countries. In order to deal with this problem, one can highlight the importance of Sheltered Work Centers for Disabled (SWDs). These organizations employ disabled workers in various corporate sectors, giving them initial opportunities and preparing them so that they can be later integrated into the conventional labor market. Many of these centers operate assembly lines, the main object of study of this thesis. Our study considers an ideally later stage of SWDs, related with the insertion of disabled workers in conventional assembly lines. The demand for studies in this field has grown over the years, due to corporate social responsibility policies and legal requirements such as \"quotas legislations\", present in many countries. Planning the operation of assembly lines with disabled workers involves a series of challenges due to the heterogeneity among workers, which are reflected in task times being worker dependent. This results in a double allocation problem, where decisions must determine both the tasks and the workers to be assigned to the stations, in order to optimize some efficiency measure. The conventional assembly line balancing with a parcel of disabled workers is known as the assembly line worker integration and balancing problem (ALWIBP), being a particular case of the assembly line worker assignment and balancing problem (ALWABP), which occurance is more common in SWDs. Our goal consists in studying efficient ways to promote the integration of people with disabilities in conventional assembly lines. For that, we address ALWIBP variants that consider: (i) minimization of different objective functions (number of stations or cycle time); (ii) different assembly line layouts (simple or U-shaped); (iii) uncertainties on task execution times (robust approach); (iv) job rotation strategies or allocation of disabled workers in the line with regular spacing. For each of these extensions, we develop mathematical formulations, solution methods and new sets of benchmark instances. Computational experiments indicate possibilities for adapting conventional assembly lines to the insertion of disabled workers, at low or close to null additional costs. Therefore, this study offers alternatives ways of increasing exibility in the integration of people with disabilities, making them as efficient as any other conventional worker.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:55:08Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo9604_1.pdf: 6012873 bytes, checksum: 8038d505b71a040f17e72f9d678160bf (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2012 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Este tese apresenta o conceito de Domain-Specific Game Development, uma abordagem que emprega os benefícios de linhas de produção de software (SPLs) para criar mais eficientemente jogos digitais pertencentes a uma mesma família. A necessidade por essa abordagem é justificada pelo fato de que a introdução de conceitos de reuso e SPL em jogos digitais, na verdade em qualquer domínio, não é trivial, devido às peculiaridades de cada domínio. Especificamente para jogos, a Engenharia de Requisitos tradicional e casos de uso não podem ser aplicados como são. Prototipagem, rápida experimentação e requisitos baseados em emoção são preferidos em relação a requisitos de negócio. O tão popular conceito de motores de jogos é muito vago e ambíguo para definir o escopo de uma linha de produção de jogos. A experiência de jogadores é mais baseada em surpresas e rupturas do que na aderência a padrões. E nenhuma abordagem focada na melhoria do desenvolvimento de jogos pode ignorar motores de jogos, atual estado-da-arte no desenvolvimento de jogos digitais. Por outro lado, a abstração provida por eles poderia ser menos complexa de ser consumida, através de ferramentas baseadas em linguagens, o uso de modelos como cidadãos de primeiroa classe (assim como código fonte) e uma melhor integração com o processo de desenvolvimento. Dada essa motivação, Domain-Specific Game Development faz a ponte entre SPLs e o desenvolvimento de jogos, culminando com linguagens de domínio específico (DSLs) e geradores alinhados para sub-domínios de jogos e focados em automatizar mais o processo de desenvolvimento de jogos digitais. A abordagem emprega Engenharia de Domínio, Model-Driven Development e reuso de software para encapsular as melhores e mais comuns práticas do desenvolvimento de jogos, ainda suportando comportamento variável e imprevisto. Para avaliar a abordagem, apresentamos casos de estudo confirmatórios e exploratórios, assim como um experimento controlado realizado com engenheiros de software da indústria. Com uma melhoria de produtividade observada de mais de 5 vezes em média, sugerimos Domain-Specific Game Development como uma abordagem viável para o desenvolvimento de jogos que pertencem a uma mesma família, de modo a reduzir a complexidade no consumo de motores de jogos, quebrar tarefas de desenvolvimento em blocos mais automatizáveis, habilitar a criação de especificações expressivas porém executáveis, entregar valor incrementalmente para sub-domínios priorizados, construir artefatos de domínio específico alinhados às características únicas da família-alvo de jogos e, finalmente, prover flexibilidade e extensibilidade para que desenvolvedores e designers de jogos possam focar no que torna cada jogo único distinto