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.

O problema de balanceamento de linhas de produção e designação de trabalhadores é uma extensão do problema simples de balanceamento de linhas onde os tempos de execução de tarefas são dependentes dos trabalhadores. Este problema tem sua motivação prática oriunda de linhas de produção com trabalhadores com deficiência. Nesta tese de doutorado estudamos duas extensões para o problema: a primeira layouts de linhas com estações em paralelo, enquanto que a segunda possibilita o uso de múltiplas linhas. As extensões fora aplicadas tanto ao problema básico quanto para o problema de rotação de tarefas. Apresentamos formulações matemáticas e métodos exatos e heurísticos para todos os casos. Teste computacionais em instâncias da literatura e novas instâncias e uma análise detalhada dos resultados são apresentados. / The assembly line worker assignment and balancing problems is an extension of the simple assembly line balancing problem in which the task execution times depend on the assigned workers. This problem draws its practical motivation from assembly lines with workers with disabilities. In this doctoral thesis, we study two extensions for this problem: the first one allows layouts with parallel workstations, while the second one allows multiple parallel lines. These extensions were applied for the base problem as well as the job rotation problem. We present mathematical formulations and exact and heuristic methods for all cases. Computational tests in instances from literature and new instances and detailed analysis of the results are presented.

O problema de balanceamento de linhas de produção e designação de trabalhadores é uma extensão do problema simples de balanceamento de linhas onde os tempos de execução de tarefas são dependentes dos trabalhadores. Este problema tem sua motivação prática oriunda de linhas de produção com trabalhadores com deficiência. Nesta tese de doutorado estudamos duas extensões para o problema: a primeira layouts de linhas com estações em paralelo, enquanto que a segunda possibilita o uso de múltiplas linhas. As extensões fora aplicadas tanto ao problema básico quanto para o problema de rotação de tarefas. Apresentamos formulações matemáticas e métodos exatos e heurísticos para todos os casos. Teste computacionais em instâncias da literatura e novas instâncias e uma análise detalhada dos resultados são apresentados. / The assembly line worker assignment and balancing problems is an extension of the simple assembly line balancing problem in which the task execution times depend on the assigned workers. This problem draws its practical motivation from assembly lines with workers with disabilities. In this doctoral thesis, we study two extensions for this problem: the first one allows layouts with parallel workstations, while the second one allows multiple parallel lines. These extensions were applied for the base problem as well as the job rotation problem. We present mathematical formulations and exact and heuristic methods for all cases. Computational tests in instances from literature and new instances and detailed analysis of the results are presented.

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