Orientador: Maria do Socorro Nogueira Rangel / Banca: Robinson Hoto / Banca. Trajano Pires da Nóbrega Neto / Resumo: Diariamente, em indústrias de móveis, painéis retângulares de madeira são cortados em retângulos menores para a manufatura de seus produtos. Por causa da possível perda de material envolvida neste processo e de sua influência no custo dos produtos, existe a necessidade de um planejamento prþevio para a realização dos cortes. Na maioria das empresas de móveis situadas na região Noroeste do estado de São Paulo, este planejamento é feito manualmente e não é uma tarefa simples. O enfoque deste trabalho þe analisar a utilização de um sistema computacional no planejamento do corte de painéis de madeira. Esta ferramenta é capaz de resolver o problema do corte bidimensional segundo o algoritmo de dois estþagios de Gilmory e Gomore. Aspectos práticos encontrados no corte dos painéis e estratégias adotadas pelas empresas no planejamento da produção são abordados. Além disso, apresentamos os resultados de um estudo computacional com base em dados reais de uma das empresas visitadas. / Abstract: In the furniture industries, the cut of rectangular plates to produce smaller rectangular pieces is an every day task. To reduce the waste of material involved in this process and its influence in the cost of the products, a previous planning for the cuts is necessary. In the majority of the furniture companies situated at Northwest region of the state of São Paulo, the generation of cutting patterns is made manually and it is not a simple task. The goal of this work is to analyze the use of a computational system in the cutting patterns generation. This computational system is able to solve the two-dimensional cutting stock problem by the 2-stage Gilmory and Gomore method. Practical aspects found in the cutting patterns generation and strategies adopted for the companies in the production planning are discussed. We also report some results of the application of the computacional system to the cutting patterns generation based on real data of one company. / Mestre

Em diversas indústrias de manufatura (por exemplo, papeleira, moveleira, metalúrgica, têxtil) as decisões do dimensionamento de lotes interagem com outras decisões do planejamento e programação da produção, tais como, a distribuição, o processo de corte, entre outros. Porém, usualmente, essas decisões são tratadas de forma isolada, reduzindo o espaço de soluções e a interdependência entre as decisões, elevando assim os custos totais. Nesta tese, estudamos o processo produtivo de indústrias de móveis de pequeno porte, que consiste em cortar placas grandes disponíveis em estoque para obter diversos tipos de peças que são processadas posteriormente em outros estágios e equipamentos com capacidades limitadas para, finalmente, comporem os produtos demandados. Os problemas de dimensionamento de lotes e corte de estoque são acoplados em um modelo de otimização linear inteiro cujo objetivo é minimizar os custos de produção, estoque de produtos, preparação de máquinas e perda de matéria-prima. Esse modelo mostra o compromisso existente entre antecipar ou não a fabricação de certos produtos aumentando os custos de estoque, mas reduzindo a perda de matéria-prima ao obter melhores combinações entre as peças. O impacto da incerteza da demanda (composta pela carteira de pedidos e mais uma quantidade extra estimada) foi amortizado pela estratégia de horizonte de planejamento rolante e por variáveis de decisão que representam uma produção extra para a demanda esperada no melhor momento, visando a minimização dos custos totais. Dois métodos heurísticos são desenvolvidos para resolver uma simplificação do modelo matemático proposto, o qual possui um alto grau de complexidade. Os experimentos computacionais realizados com exemplares gerados a partir de dados reais coletados em uma indústria de móveis de pequeno porte, uma análise dos resultados, as conclusões e perspectivas para este trabalho são apresentados / In the many manufacturing industries (e.g., paper industry, furniture, steel, textile), lot-sizing decisions generally arise together with other decisions of planning production, such as distribution, cutting, scheduling and others. However, usually, these decisions are dealt with separately, which reduce the solution space and break dependence on decisions, increasing the total costs. In this thesis, we study the production process that arises in small scale furniture industries, which consists basically of cutting large plates available in stock into several thicknesses to obtain different types of pieces required to manufacture lots of ordered products. The cutting and drilling machines are possibly bottlenecks and their capacities have to be taken into account. The lot-sizing and cutting stock problems are coupled with each other in a large scale linear integer optimization model, whose objective function consists in minimizing different costs simultaneously, production, inventory, raw material waste and setup costs. The proposed model captures the tradeoff between making inventory and reducing losses. The impact of the uncertainty of the demand, which is composed with ordered and forecasting products) was smoothed down by a rolling horizon strategy and by new decision variables that represent extra production to meet forecasting demands at the best moment, aiming at total cost minimization. Two heuristic methods are proposed to solve relaxation of the mathematical model. Randomly generated instances based on real world life data were used for the computational experiments for empirical analyses of the model and the proposed solution methods

O presente trabalho desenvolve uma extensão do problema de corte de estoque unidimensional no caso em que a demanda pelos vários tipos de itens não é exatamente conhecida. Para considerar a aleatoriedade, foi proposto um modelo de programação estocástica de dois estágios com recurso. As varáveis de primeiro estágio são os números de barras cortadas por padrão de corte, e as variáveis de segundo estágio, os números de itens produzidos em escassez e em escassez. O objetivo do modelo é minimizar o custo total esperado. Para resolver a relaxação linear do modelo, foram propostos um método exato baseado no método Simplex com geração de colunas e uma estratégia heurística, que considera o valor esperado da demanda na resolução do problema de corte de estoque. As duas estratégias foram comparadas, assim como a possibilidade de resolver o problema de corte ignorando as incertezas. Finalmente, observou-se que é mais interessante determinar o valor ótimo do modelo recurso quando o problema sofre mais influência da aleatoriedade / This paper presents an integer linear optimization model of large scale for the one-dimensional cutting stock problem in the case which a demand is considered a random variable. To take this randomness into account, the problem was formulated as a two-stage stochastic linear program with recourse. The first stage decision variables are given by the number of bars that has to be cut according to each pattern, and the second stage decision variables by the number of holding items or backordering items production. The model objective is minimizes the total expected cost. We propose two methods to solve the model linear relaxation, one of them it is a Simplex-based method with column generation. The second method is a heuristic strategy that adopted the expected value of demand. We compare both strategies and the possibly of ignoring uncertainties on model. Finally, we observe that is much more interesting to determine the optimal recourse model solution when we have problems that are more afected by randomness

Orientadores: Antonio Carlos Moretti, Luis Leduino de Salles Neto / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-15T18:13:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marciniuk_FernandaLedo_M.pdf: 1221484 bytes, checksum: b1408936331c027b4c3cc1129bc0105a (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O problema de corte de estoque ordenado, um problema relativamente novo na literatura, e uma adaptação do problema de corte de estoque tradicional onde algumas restrições quanto a limitação do numero de ordens de produção em processamento são adicionadas. Esta dissertação tem como objetivo estudar uma nova abordagem deste problema utilizando uma aplicação da metaheurística colônia de formigas. Esta metaheurística utiliza os princípios de auto-organização de uma população de formigas visando a resolução de problemas de otimização combinatorial / Abstract: The Ordered Cutting Stock Problem (OCSP), a relatively recent problem in technical literarture, is a variant of the more well-known Cutting Stock Problem (CSP). This variant includes some new constraints in the mathematical formulation, regarding the number of production orders being processed simultaneously. This work studies a new approach to solve the OCSP, applying the Ant Colony Optimization (ACO) metaheurisitic. This metaheuristic is based in the self-organizing principles that govern ant population's behaviour, solving combinatorial optimization problems / Mestrado / Pesquisa Operacional / Mestre em Matemática Aplicada

O objetivo geral deste estudo é o de trabalhar o problema de corte bidimensional guilhotinado irrestrito e no-estagiado. Para tanto, foram revistas regras e heurísticas a serem utilizadas e foi sugerida uma combinação da regra de simetria com a heurística de geraçgo dos pontos de cortes possíveis. Uma abordagem em grafo-E/OU, com a utilizaçgo de uma estratégia híbrida, que combina as técnicas \"Hill-Climbing\" e \"Depth-First\" para a busca em grafo, foi utilizada para a resolução do problema. Finalmente, foram comparados os resultados obtidos com resultados apresentados na literatura. / The general purpose of this study is to deal with the non-staged unconstrained guilhotined cutting problem. For this, rules and heuristics in use are reviewed and a combination between simmetry rule and possible cutting points generation heuristics in suggested. An AND/OR-graph approach, with used a hibrid strategy that combines Hill-Climbing and Depth-First techniques, in order to serach the graph, was used to solve this problem. Finally, results from this study and results presented in the literature are compared.

Orientador: Flávio Keidi Miyazawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T18:16:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Hokama_PedroHenriqueDelBianco_M.pdf: 1340789 bytes, checksum: b5cc3f26e41b90afabdfac5c7a33bf05 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Nesta dissertação de mestrado apresentamos um método exato para o Problema do Caixeiro Viajante com Restrições de Empacotamento Tridimensional, que combina o Problema do Caixeiro Viajante o Problema de Empacotamento Tridimensional com Restrição de Ordem. Neste problema, um veículo deve partir carregado de um depósito e entregar caixas em pontos pré-definidos para seus clientes. Cada cliente tem um conjunto de caixas que deve receber e o objetivo é minimizar o custo de deslocamento do veículo. As caixas devem ser retiradas a partir da porta do contêiner do veículo e a remoção das caixas de um cliente não podem ser obstruídas pelas caixas a serem descarregadas posteriormente. Propomos uma abordagem exata baseada em branch-and-cut para buscar uma rota de custo mínimo. Apresentamos algumas adaptações de algoritmos da literatura e uma formulação em Programação por Restrições para encontrar um empacotamento que obedece restrições de ordem. Realizamos testes computacionais em instâncias geradas aleatoriamente e comparamos resultados com os algoritmos adaptados da literatura. Os resultados foram bastante satisfatórios resolvendo instâncias de tamanho médio em tempo computacional aceitável na prática / Abstract: We present an exact method for the Traveling Salesman Problem with Three-dimensional Loading Constraints. This problem combines the Traveling Salesman Problem, and the Three- Dimensional Packing Problem With Loading Constraints. In this problem, a vehicle must be loaded at the depot and deliver boxes to the customers. Every customer has a set of boxes that should receive and our goal is to minimize the travel cost of the vehicle. Unloading is done through a single side of the container and items from an unloading customer must not be blocked by items to be delivered later. We propose exact and heuristic branch-and-cut algorithm to find a minimum cost route. Adaptations of algorithms from the literature and a Constraint Programming formulation is presented to find a packing that consider unloading contraints. We performed computational tests on instances randomly generated and compared results with the algorithms adapted from literature. The results were quite satisfactory resolving several instances in reasonable computational time / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Problemas de corte e empacotamento de itens irregulares são problemas que visam determinar um leiaute ótimo de objetos pequenos dentro de objetos maiores, a fim de atender a uma demanda. Estes problemas têm grande importância prática, já que surgem em vários tipos de indústria (como a têxtil, a de móveis e a de calçados). O problema estudado neste trabalho é o problema de corte de itens irregulares em recipientes. Os recipientes são delimitados e o objetivo é encontrar um leiaute dos objetos menores, sem sobreposição, dentro dos objetos maiores utilizando a menor quantidade de recipientes. Propomos um novo método de resolução para o problema. Nosso método é um algoritmo que gerencia um conjunto de heurísticas, de baixo nível, específicas para a resolução do problema com recipientes retangulares e irregulares. Recipientes irregulares são polígonos convexos e não convexos, que podem ser furados. As heurísticas desenvolvidas utilizam uma malha de pontos sobre a técnica de no-fit polygon para evitar a sobreposição dos itens e encontrar posições viáveis no recipiente retangular ou irregular. Os experimentos computacionais foram feitos para um grande conjunto de instâncias, de recipientes retangulares e irregulares. Os resultados demonstram a competitividade do método, que obtêm resultados bons e algumas soluções ótimas, em um tempo computacional aceitável. / Cutting and packing of irregular items are problems that aim to determine the optimum layout of small objects within larger objects (that we call bins), in order to meet a demand. These problems have great practical importance, since they emerge in various types of industry (such as textile, furniture and shoemaking). The problem studied in this work is the irregular bin packing problem. The bins are enclosed and the goal is to find a layout of items, without overlap, within the bins by using the minimum quantity of them. We propose a new method of resolution to this problem. Our method is an algorithm that manages a set of low-level heuristics, specific to solve the problem with rectangular bins and irregular bins. Irregular bins are convex and non-convex polygons, which may contain holes. The developed heuristics uses a mesh of points and the technique of no-fit polygon to avoid the overlapping of items and find feasible positions in rectangular or irregular bins. The computational experiments were performed for a large set of instances, using both rectangular and irregular bins. The results demonstrate the competitiveness of the method, which can get good results and some optimal solutions within an acceptable computational time.

Nesta tese abordamos o problema de empacotamento em faixas bidimensional em níveis - 2LSP. O 2LSP é um problema de otimização combinatória que, no que diz respeito a modelagem, tem recebido pouca atenção por parte da comunidade científica. Atualmente, o modelo mais competitivo para este problema, até onde sabemos, é o proposto por Lodi et al. em 2004, onde é acrescentado ao problema a restrição de que os itens devem ser alocados formando níveis. Em 2015, um modelo de fluxo para tratar o problema foi apresentado por Mehdi Mrad. A literatura apresenta alguns modelos matemáticos que, embora não seja especificamente para este problema, são modelos eficientes e podem ser adaptados para o 2LSP. Neste trabalho, desenvolvemos novos modelos para o problema, adaptando três modelos de programação linear inteira mista da literatura. Mais ainda, comparamos o desempenho computacional destes novos modelos com os modelos de Lodi et al. e de Mehdi Mrad, usando instâncias clássicas da literatura. Os resultados computacionais mostram que uma das novas formulações matemáticas supera os demais modelos em relação ao número de soluções ótimas. Para finalizar, apresentamos uma aplicação prática com a finalidade de desenvolver uma ferramenta para a geração automática dos planogramas utilizados para a montagem de gôndulas de supermercados. Para a aplicação, apresentamos um modelo de programação inteira mista preliminar que pode ser aplicado para tratar aplicações reais. / In this thesis we approached the two-dimensional level strip packing problem - 2LSP. 2LSP is a combinatorial optimization problem that, with respect to modeling, has received little attention from the scientific community. To the best of our knowledge, the most competitive model is the one proposed by Lodi et al. in 2004, where the items are packed by levels. In 2015, an arc flow model addressing the problem was proposed by Mehdi Mrad. The literature presents some mathematical models, despite not addressing specifically this problem, they are efficient and can be adapted for the two-dimensional level strip packing problem. In this thesis, we develop new models for the problem by adapting three mixed integer linear programming models from the literature. We also compare the computational performance of these new models with the models of Lodi et al. and Mehdi Mrad, by solving classical instances from the literature. The computational results show that one of the new mathematical formulations outperforms the remaining models with respect to the number of optimal solutions. To conclude, we present a practical application with the purpose of developing a tool for the automatic generation of the planograms used for the assembly of supermarket gondolas. For the application, we present a preliminary mixed integer programming model that can be applied to solve real applications.

Submitted by Nadir Basilio (nadirsb@uninove.br) on 2016-07-01T14:58:21Z No. of bitstreams: 1 Marisa Carla Voigt Gava.pdf: 1946904 bytes, checksum: 369bf987709311eddcb1f66a7c5fad55 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-01T14:58:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marisa Carla Voigt Gava.pdf: 1946904 bytes, checksum: 369bf987709311eddcb1f66a7c5fad55 (MD5) Previous issue date: 2016-02-29 / The cutting problem involves cutting larger objects into smaller items with the aim of minimizing waste. The objects can be raw materials, such as rolls of paper, glass sheets, metal plates, steel, aluminum or wood. The items represent the shape to be cut and may be described as concave or convex irregular geometries. The cut of raw material is an industrial process which has attracted the attention of many researchers, since it can generate large waste, increasing the production cost. Nevertheless, the set of possible solutions to this problem has a large number of combinations and, therefore, its computational complexity is considered NP-Hard. In this work, we proposed an approach based on Genetic Algorithm (GA) and Digital Image Processing (DIP) to deal with the problem of to cut rectangular plates (objects) in equal parts (items) with irregular shapes, categorized in the literature as 2D-I-IIPP. The aim is to maximize the number of items to be cut into the available area of the object in order to reduce waste and thus adding economic gains to the cutting process. In this approach the object and the items are represented as digital images. The GA is responsible for generating possible solutions (sets of translations and orientations of items). The evaluation of each solution generated by GA is performed by a RPID algorithm, which basically detects overlaps between the items placed on the object and calculates the quality of solution. To develop the proposed approach it was used the programming language C/C++ in addition to GAlib and Proeikon libraries. Based on computational experiments conducted the results indicate that the proposed approach is a good alternative to solve the problem investigated. / O problema de corte consiste em cortar objetos maiores em itens menores com o objetivo de minimizar as sobras. Os objetos podem ser matérias-primas, tais como bobinas de papel, folhas de vidro, placas de metal, aço, alumínio ou madeira. Os itens representam o formato que deverá ser cortado e podem ser descritos como de geometrias irregulares côncavas ou convexas. O corte de matéria-prima é um processo industrial que tem atraído a atenção de muitos pesquisadores, visto que pode gerar grandes desperdícios, elevando o custo da produção. Não obstante, o conjunto de possíveis soluções para esse tipo de problema possui um grande número de combinações e, por esse motivo, sua complexidade computacional é considerada NP-Hard. Neste trabalho é proposta uma abordagem baseada em Algoritmo Genético (AG) e Processamento de Imagens Digitais para lidar com o problema de cortar placas retangulares (objetos) em peças idênticas (itens) com formas irregulares, categorizado na literatura como 2D-I-IIPP. O objetivo é maximizar o número de itens a serem cortados na área disponível do objeto, visando diminuir os desperdícios e, consequentemente, agregando ganhos econômicos ao processo de corte. Nesta abordagem tanto os objetos como os itens são representados como imagens digitais. O AG é responsável por gerar as possíveis soluções (conjuntos de translações e orientações dos itens). A avaliação de cada solução gerada pelo AG é realizada por um algoritmo de Processamento de Imagens Digitais que basicamente detecta as sobreposições entre os itens posicionados sobre o objeto e calcula a qualidade da solução. Para desenvolver a abordagem proposta foi utilizada a linguagem de programação C/C++, além das bibliotecas GAlib e Proeikon. Os resultados obtidos nos experimentos computacionais realizados indicam que a abordagem proposta é uma boa alternativa para solução do problema investigado.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-03-17T17:31:58Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Santiago Valdés Ravelo - 2011.pdf: 730949 bytes, checksum: 92c89c8c1f240082004834898896b9ba (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2016-03-17T17:35:15Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Santiago Valdés Ravelo - 2011.pdf: 730949 bytes, checksum: 92c89c8c1f240082004834898896b9ba (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-17T17:35:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Santiago Valdés Ravelo - 2011.pdf: 730949 bytes, checksum: 92c89c8c1f240082004834898896b9ba (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2011-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This work considers three relevant NP-hard problems. The firstone is the one-dimensional cutting stock problem in which the non-used material in the cutting patterns may be used in the future. For this problem we analyze the existing mathematical models, propose new models, design a heuristic and two metaheuristic approaches, being their performances improved by using parallel programming, and solve instances, practical and randomly generated, from the literature. The computational experiments were quite good for all tested instances. The second problem we consider is the stable roommates problem (a variant of the stable matching problem). For this we give two mathematical programming models, sequential and parallel implementations of a Tabu Search, and a Branch-andBound. Also, we report computational experiments to instances of the problem. The last problem we consider is the compartmentalized knapsack problem (a generalization of the knapsack problem) for which we analyze a quadratic integer model and give a linear integer model. We design a greedy heuristic and a GRASP algorithm, that uses path-relinking, and solve randomly generated instances. All parallel implementations use Graphics Processing Units (GPUs). / Este trabalho considera três problemas, NP-difíceis, relevantes de estudo em otimização combinatória. O primeiro deles é o problema de corte uni-dimensional de objetos, onde o material não usado pelos padrões de corte pode ser usado no futuro. Para este problema analisamos os modelos matemáticos existentes, propomos novos modelos, projetamos uma heurística construtiva e duas metaheurísticas, sendo seus desempenhos melhorados com programação paralela, e resolvemos instâncias, práticas e aleatórias, encontradas na literatura; sendo os experimentos computacionais muito bons para todas as intânciastestadas.Osegundoproblemaqueconsideramoséoproblemadoscompanheiros estáveis (stable roommates problem), uma variante do problema de emparelhamento estável (stable matching problem). Para este propomos dois modelos matemáticos, uma implementação sequencial e uma paralela de uma Tabu Search, e um Branch-andBound. Também reportamos experimentos computacionais para instâncias do problema. O último problema considerado é o da mochila compartimentada (uma generalização do problema clássico da mochila), para o qual analisamos uma modelagem quadrática inteira e propomos um modelo linear inteiro; também projetamos uma heurística gulosa, um algoritmo GRASP, que usa path-relinking, e resolvemos intâncias geradas aleatóriamente. Todas as implementações em paralelo usam unidades de processamento gráfico (Graphics Processing Units, GPUs).