No-wait scheduling problem refers to the set of problems in which a number of jobs are available for processing on a number of machines with the added constraint that there should be no waiting time between consecutive operations of the jobs. It is well-known that most of the no-wait scheduling problems are strongly NP-hard. Moreover, no-wait scheduling problems have numerous real-life applications. This thesis studies a wide range of no-wait scheduling problems, along with side constraints that make such problems more applicable. First, 2-machine no-wait flow shop problem is studied. Afterwards, setup times and single server constraints are added to this problem in order to make it more applicable. Then, job shop version of this problem is further researched. Analytical results for both of these problems are presented; moreover, efficient algorithms are developed and applied to large instances of these problems. Afterward, general no-wait flow shop problem (NWFS) is the focus of the thesis. First, the NWFS is studied; mathematical models as well as metaheuristics are developed for NWFS. Then, setup times are added to NWFS in order to make the problem more applicable. Finally, the case of sequence dependent setup times is further researched. Efficient algorithms are developed for both problems. Finally, no-wait job shop (NWJS) problem is studied. Literature has proposed different methods to solve NWJS; the most successful approaches decompose the problem into a timetabling sub-problem and a sequencing sub-problem. Different sequencing and timetabling algorithms are developed to solve NWJS. This thesis provides insight to several no-wait scheduling problems. A number of theorems are discussed and proved in order to find the optimum solution of no-wait problems with special characteristics. For the problems without such characteristics, mathematical models are developed. Metaheuristics are utilized to deal with large-instances of NP-hard problems. Computational results show that the developed methods in this thesis are very effective and efficient compared to the competitive methods available in the literature.

No-wait scheduling problem refers to the set of problems in which a number of jobs are available for processing on a number of machines with the added constraint that there should be no waiting time between consecutive operations of the jobs. It is well-known that most of the no-wait scheduling problems are strongly NP-hard. Moreover, no-wait scheduling problems have numerous real-life applications. This thesis studies a wide range of no-wait scheduling problems, along with side constraints that make such problems more applicable. First, 2-machine no-wait flow shop problem is studied. Afterwards, setup times and single server constraints are added to this problem in order to make it more applicable. Then, job shop version of this problem is further researched. Analytical results for both of these problems are presented; moreover, efficient algorithms are developed and applied to large instances of these problems. Afterward, general no-wait flow shop problem (NWFS) is the focus of the thesis. First, the NWFS is studied; mathematical models as well as metaheuristics are developed for NWFS. Then, setup times are added to NWFS in order to make the problem more applicable. Finally, the case of sequence dependent setup times is further researched. Efficient algorithms are developed for both problems. Finally, no-wait job shop (NWJS) problem is studied. Literature has proposed different methods to solve NWJS; the most successful approaches decompose the problem into a timetabling sub-problem and a sequencing sub-problem. Different sequencing and timetabling algorithms are developed to solve NWJS. This thesis provides insight to several no-wait scheduling problems. A number of theorems are discussed and proved in order to find the optimum solution of no-wait problems with special characteristics. For the problems without such characteristics, mathematical models are developed. Metaheuristics are utilized to deal with large-instances of NP-hard problems. Computational results show that the developed methods in this thesis are very effective and efficient compared to the competitive methods available in the literature.

Este trabalho apresenta o problema de programação de operações em máquinas no ambiente no-wait flowshop com o critério de minimização da duração total da programação. Aplicações para o problema no-wait flowshop podem ser encontrados em muitas indústrias, por exemplo, em indústrias de processamento de metais, químicos e farmacêuticos. Neste trabalho, são propostos e avaliados novos métodos heurísticos para o problema, e a superioridade do melhor método proposto é comprovada através uma extensa experimentação computacional. / This work deals with the no-wait flowshop scheduling problem with the objective of minimizing total completion time. Applications of no-wait flowshop can be found in many industries, for example, in steel factories, chemical and pharmaceutical. In this work, we propose evaluate new heuristics methods for the problem. Experimental results show that the best proposed heuristic provides better solutions concerning both the solution quality and computational effort.

Este trabalho apresenta o problema de programação de operações em máquinas no ambiente no-wait flowshop com o critério de minimização da duração total da programação. Aplicações para o problema no-wait flowshop podem ser encontrados em muitas indústrias, por exemplo, em indústrias de processamento de metais, químicos e farmacêuticos. Neste trabalho, são propostos e avaliados novos métodos heurísticos para o problema, e a superioridade do melhor método proposto é comprovada através uma extensa experimentação computacional. / This work deals with the no-wait flowshop scheduling problem with the objective of minimizing total completion time. Applications of no-wait flowshop can be found in many industries, for example, in steel factories, chemical and pharmaceutical. In this work, we propose evaluate new heuristics methods for the problem. Experimental results show that the best proposed heuristic provides better solutions concerning both the solution quality and computational effort.

Organizações eficientes são aquelas que conseguem manter equilibradas as vertentes de qualidade, custo e tempo. Em relação ao último, existem várias etapas da cadeia produtiva nas quais o tempo deve ser monitorado. Quando a programação da produção nas indústrias não é priorizado, pode-se incorrer vários efeitos negativos. Um deles, é o atraso em relação à data de entrega, no qual a corporação pode sofrer penalidades financeiras, além de uma exposição negativa para a marca, a qual pode ter sua credibilidade contestada. Dessa forma, essa pesquisa tem por objetivo propor métodos construtivos, que minimize a medida de desempenho total tardiness (atraso total). Para aproximar o método à realidade vivenciada pelas indústrias, será considerada a restrição de manutenção preventiva. Além disso, o ambiente de estudo será o contexto de no-wait flowshop, no qual as tarefas são processados continuamente e sem que haja interrupções entre uma operação e outra de uma mesma tarefa. Além da proposição de métodos construtivos para a resolução do problema, apresenta-se uma metaheurística como forma de demostrar como pode-se aprimorar os resultados gerado pelos métodos construtivos. Experimentações computacionais foram elaboradas e realizadas para comparação dos algoritmos. Dentre as heurísticas construtivas a que apresentou melhor desempenho foi a \"EDD + NEH + LS1 + LS2\'\', na qual utiliza uma lógica de inserção. A metaheurística proposta é baseada no procedimento IG (iterated greedy), sendo que há melhora de resultado em relação as heurísticas construtivas. Assim, espera-se que essa pesquisa possa ser utilizada e aplicada pela indústria de manufatura para aumentar a efetividade da programação da produção. / Efficient organizations are those that manage to keep the quality, cost and time strands balanced. With respect to the variable time, there are several stages of the production chain in which it must be monitored. When scheduling in companies is not prioritized, several negative effects incur. One of them is the delay in relation to the due date, for which the corporation can suffer financial penalties, in addition to a negative exposure to the brand, which may have its credibility challenged. Therefore, this research aims to propose constructive methods, which minimizes the performance criterion of total tardiness. In order to approximate the method to the reality of the industries, preventive maintenance constraints will be considered. And the environment of the study will be the no-wait flowshop, in which jobs are processed continuously and without interruptions between one operation and another of the same job. In addition to proposing constructive methods to solve the problem, a metaheuristic is presented as a way of demonstrating how to improve the results generated by the constructive methods. Computational experiments were elaborated and performed for comparison of the algorithms. Among the constructive heuristics that presented the best performance was \"EDD + NEH + LS1 + LS2\", in which it uses an insertion logic. The proposed metaheuristic is based on the IG (iterated greedy) procedure, and there is an improvement of the result in relation to the constructive heuristics. Thus, it is expected that this research can be used and applied by the manufacturing industry to increase the effectiveness of scheduling.

Este trabalho apresenta o problema de programação de operações em máquinas no ambiente no-wait flow shop com critério de minimização do tempo total de fluxo (total flowtime). Aplicações para o problema no-wait flow shop podem ser encontradas em muitas indústrias. Por exemplo, em indústrias de metais, o metal aquecido deve seguir por uma série de operações antes de ser resfriado, com a finalidade de prevenir defeitos na sua composição. Um segundo exemplo é a indústria de plásticos que requer uma série de processos, um imediatamente após o outro, a fim de prevenir a degradação. Situações similares também são encontradas em outros processos industriais, como químicos e farmacêuticos. Neste trabalho, são propostos e avaliados novos métodos heurísticos para o problema, tão bons quanto os já existentes na literatura. Os métodos são avaliados através de um grande número de problemas de vários tamanhos. Os resultados da experimentação computacional também são analisados. / This work deals with the no-wait flow shop scheduling problem with the objective of minimizing total flowtime. Applications of no-wait flow shop can be found in many industries. For example, in steel factories, the heated metal continuously goes through a sequence of operations before it is allowed to cool in order to prevent defects in the composition of the steel. A second example is a plastic product that requires a series of processes to immediately follow on another in order to prevent degradation. Similar situations arise in other process industries such as the chemical and pharmaceutical. In this work, we propose evaluate new heuristics methods for the problem, as well as the existing in the literature. The methods are evaluated over a large number of problems of various sizes. The results of the computational experience are also reported.

Este trabalho apresenta o problema de programação de operações em máquinas no ambiente no-wait flow shop com critério de minimização do tempo total de fluxo (total flowtime). Aplicações para o problema no-wait flow shop podem ser encontradas em muitas indústrias. Por exemplo, em indústrias de metais, o metal aquecido deve seguir por uma série de operações antes de ser resfriado, com a finalidade de prevenir defeitos na sua composição. Um segundo exemplo é a indústria de plásticos que requer uma série de processos, um imediatamente após o outro, a fim de prevenir a degradação. Situações similares também são encontradas em outros processos industriais, como químicos e farmacêuticos. Neste trabalho, são propostos e avaliados novos métodos heurísticos para o problema, tão bons quanto os já existentes na literatura. Os métodos são avaliados através de um grande número de problemas de vários tamanhos. Os resultados da experimentação computacional também são analisados. / This work deals with the no-wait flow shop scheduling problem with the objective of minimizing total flowtime. Applications of no-wait flow shop can be found in many industries. For example, in steel factories, the heated metal continuously goes through a sequence of operations before it is allowed to cool in order to prevent defects in the composition of the steel. A second example is a plastic product that requires a series of processes to immediately follow on another in order to prevent degradation. Similar situations arise in other process industries such as the chemical and pharmaceutical. In this work, we propose evaluate new heuristics methods for the problem, as well as the existing in the literature. The methods are evaluated over a large number of problems of various sizes. The results of the computational experience are also reported.

O problema de programação de operações em ambiente no-wait flow shop tem sido abordado desde a década de 60. Por se tratar de um ambiente em que as tarefas devem ser processadas continuamente e sem interrupções entre uma máquina e outra, um tempo de espera entre o início da tarefa anterior e o início da tarefa atual deve ser determinado na primeira máquina. Neste sentido, uma vez que a tarefa inicia seu processamento, as máquinas devem estar disponíveis para que atendam a restrição de no-wait. Portanto, operações de manutenção preventiva são necessárias para que a programação seja atendida sem maiores problemas. Este trabalho aborda dois problemas: no-wait flow shop e no-wait flow shop com operações de manutenção preventiva. O critério de desempenho adotado foi a duração total da programação (makespan). Por meio de uma revisão de literatura, mecanismos de construção de soluções foram identificadas e classificadas e, baseando-se em tais, novos métodos heurísticos construtivos simples e compostos foram propostos para o problema no-wait flow shop e uma heurística composta foi desenvolvida considerando as operações de manutenção preventiva. Experimentações computacionais para os dois problemas foram realizadas para fins de comparação e avaliação dos métodos propostos com os métodos heurísticos construtivos da literatura. Para o problema Fm|no - wait|Cmax resultados evidenciaram que as heurísticas propostas H4GPSLLS e MH4GPSLLS superaram as heurísticas da literatura em qualidade de solução, com diferença estatisticamente significativa no nível de 5% de significância. Para o problema Fm|no - wait, m(k)|Cmax, pode-se constatar que a heurística BIHLS e as heurísticas H4GPSLLS e MH4GPSLLS apresentaram desempenho superior com diferença estatística significativa no nível de 5% de significância em comparação as heurísticas da literatura. / The no-wait flow shop scheduling problem has been studied since 60\'s. In this environment, jobs must be processed continuously without interruption between one machine and another, and because of this, a delay between the start time of the previous job and the start time of the current job must be determined in the first machine. In this sense, since a job starts its processing, the machines must be available to respect the no-wait constraint. Therefore, preventive maintenance operations are needed. This work adresses two problems: the m machine no-wait flow shop and the m machine no-wait flow shop with preventive maintenance operations. The performance measure adopted was the makespan. By means of a literature review, mechanisms of solution construction were identified and classified. New simple and composite constructive heuristics were proposed to the no-wait flow shop problem and a new composite constructive heuristic was developed considering the preventive maintenance operations. Computational experiments and their respective analyses for both problems were carried out to compare and evaluate the performance between the proposed methods and the constructive heuristics of the literature. Regarding Fm|no - wait|Cmax problem, results show that the proposed heuristics H4GPSLLS and MH4GPSLLS outperformed the heuristics of the literature in quality of the solution and is statistically significative to 5% of significance level. To the Fm|no - wait, m(k)|Cmax problem it can be seen that the proposed heuristic BIHLS and H4GPSLLS and MH4GPSLLS outperformed the heuristics of the literature and is statistically better to 5% of significance level.

Este trabalho aborda o problema de no-wait flowshop em um ambiente com custos de setup apartados dos tempos de processamento, são investigados os casos de setups dependentes e independentes da seqüência para makespan e total flowtime. Diversas aplicações práticas podem ser modeladas sob estas suposições, dentre elas destacamos a indústria química e alimentícia. É proposta uma metaheurística evolutiva baseada em algoritmo genético e clustering search e seus resultados são comparados com os métodos de Brown et al (2004), França et al (2006) e Ruiz e Allahverdi (2007) através dos bancos de dados de Ruiz e Stützle (2008) e Ruiz e Allahverdi (2007). Os métodos são avaliados segundo o percentual de sucesso e desvio relativo médio. Os resultados obtidos demonstram a superioridade do método proposto para problemas de grande porte. / This work intends to research the no-wait flowshop scheduling problem with setup times separated from the processing costs; the both cases where the sequence is dependent and independent are targeted for makespan and total flowtime. There are numerous practical situations that can be modeled under these assumptions, such as, chemical industry, food processing, etc. A hybrid metaheuristic method based on a genetic algorithm and clustering search is proposed and its results are compared to the methods of Brown et al (2004), França et al (2006) e Ruiz e Allahverdi (2007) using the data base from Ruiz e Stützle (2008) and Ruiz e Allahverdi (2007). The methods are evaluated as regarding the success rate and average relative deviation. The results show that the proposed method delivers better solutions for problems with higher complexity.

O problema de programação de operações em ambiente no-wait flow shop tem sido abordado desde a década de 60. Por se tratar de um ambiente em que as tarefas devem ser processadas continuamente e sem interrupções entre uma máquina e outra, um tempo de espera entre o início da tarefa anterior e o início da tarefa atual deve ser determinado na primeira máquina. Neste sentido, uma vez que a tarefa inicia seu processamento, as máquinas devem estar disponíveis para que atendam a restrição de no-wait. Portanto, operações de manutenção preventiva são necessárias para que a programação seja atendida sem maiores problemas. Este trabalho aborda dois problemas: no-wait flow shop e no-wait flow shop com operações de manutenção preventiva. O critério de desempenho adotado foi a duração total da programação (makespan). Por meio de uma revisão de literatura, mecanismos de construção de soluções foram identificadas e classificadas e, baseando-se em tais, novos métodos heurísticos construtivos simples e compostos foram propostos para o problema no-wait flow shop e uma heurística composta foi desenvolvida considerando as operações de manutenção preventiva. Experimentações computacionais para os dois problemas foram realizadas para fins de comparação e avaliação dos métodos propostos com os métodos heurísticos construtivos da literatura. Para o problema Fm|no - wait|Cmax resultados evidenciaram que as heurísticas propostas H4GPSLLS e MH4GPSLLS superaram as heurísticas da literatura em qualidade de solução, com diferença estatisticamente significativa no nível de 5% de significância. Para o problema Fm|no - wait, m(k)|Cmax, pode-se constatar que a heurística BIHLS e as heurísticas H4GPSLLS e MH4GPSLLS apresentaram desempenho superior com diferença estatística significativa no nível de 5% de significância em comparação as heurísticas da literatura. / The no-wait flow shop scheduling problem has been studied since 60\'s. In this environment, jobs must be processed continuously without interruption between one machine and another, and because of this, a delay between the start time of the previous job and the start time of the current job must be determined in the first machine. In this sense, since a job starts its processing, the machines must be available to respect the no-wait constraint. Therefore, preventive maintenance operations are needed. This work adresses two problems: the m machine no-wait flow shop and the m machine no-wait flow shop with preventive maintenance operations. The performance measure adopted was the makespan. By means of a literature review, mechanisms of solution construction were identified and classified. New simple and composite constructive heuristics were proposed to the no-wait flow shop problem and a new composite constructive heuristic was developed considering the preventive maintenance operations. Computational experiments and their respective analyses for both problems were carried out to compare and evaluate the performance between the proposed methods and the constructive heuristics of the literature. Regarding Fm|no - wait|Cmax problem, results show that the proposed heuristics H4GPSLLS and MH4GPSLLS outperformed the heuristics of the literature in quality of the solution and is statistically significative to 5% of significance level. To the Fm|no - wait, m(k)|Cmax problem it can be seen that the proposed heuristic BIHLS and H4GPSLLS and MH4GPSLLS outperformed the heuristics of the literature and is statistically better to 5% of significance level.