Nesta dissertação abordamos o problema de dimensionamento e sequenciamento de lotes com aceitação de pedidos. As demandas dos clientes são agregadas em pedidos, os quais podem ou não ser aceitos e devem ser entregues dentro de uma janela de tempo. Os itens são perecíveis e podem permanecer no estoque somente por um tempo determinado (shelf-life). O objetivo do problema é maximizar a receita gerada pelo atendimento dos pedidos, descontando os custos de estoque e das preparações da máquina. Para tratar o problema são propostas formulações matemáticas e abordagens heurísticas contendo uma etapa construtiva seguida por uma heurística de melhoramento. Testes computacionais foram realizados e os resultados obtidos foram analisados. As heurísticas obtiveram desempenho superior ao branch-and-cut do solver de otimização na obtenção de soluções de boa qualidade, no limite de tempo estabelecido. / In this dissertation, we approach the lot sizing and scheduling problem with order acceptance. Customers demands are aggregated into orders, which may or may not be accepted and must be delivered within a time window. The items are perishable and can remain in inventory only for a limited time (shelf-life). The aim of the problem is profit maximizing generated by orders acceptance, discounting inventory and machine setups costs. To deal with this problem math formulations, constructive and improvement heuristics were proposed. Computational tests were performed and the results obtained were analyzed. The heuristics obtained superior performance then branch-and-cut of the optimization solver obtaining good quality solutions within the established time limit.

As decisões operacionais de produção em uma indústria de fiação são planejadas na prática determinando soluções dos sub-problemas de dimensionamento e sequenciamento de lotes e da mistura de fardos de algodão. As tarefas são: definir o tamanho, a sequência, o tempo e alocação de cada lote de produção e quais fardos de algodão devem ser utilizados na produção. Por si só, os sub-problemas representam grandes desafios no planejamento da produção. Entretanto, para melhor representar o ambiente produtivo e alcançar custos de produção mais baixos, indústrias de processo, como as de fiação, procuram integrar mais e mais seus sub-problemas de planejamento. O objetivo dessa tese é apresentar modelos matemáticos e métodos de solução para auxiliar a tomada de decisão no nível operacional do planejamento da produção. Três formulações matemáticas para o dimensionamento e sequenciamento de lotes em um sistema de dois estágios com produção sincronizada são propostas. Um novo método baseado em programação matemática e metaheurísticas e também desenvolvida para a solucão desse sub-problema. Além disso, a integração das decisões relativas a matéria-prima (fardos de algodão) ao dimensionamento e sequenciamento de lotes é analisada. As novas formulações propostas representam de forma mais realista o problema de dimensionamento e sequenciamento de lotes da indústria de fiação e de indústrias de processo com ambiente produtivo similares. O método de solução encontra boas soluções para o problema e supera outros méodos similares presentes em softwares comerciais. Além disso, o método é geral o suficiente para a solução de outros problemas de otimização. O problema integrado de dimensionamento e sequenciamento de lotes e mistura comprovou que restrições relativas à qualidade dos fios influenciam os custos e viabilidade do planejamento da produção. O planejamento integrado dessas óperações trata o sistema considerando restrições que se relacionam, definindo planos de produção mais realistas / In the practice of a spinning industry, the operational decisions of the production planning are determined by the hierarchical solution of the lot-sizing and scheduling problem and the blending problem of the cotton bales. The tasks are: to define the size, sequence, timing and allocation of each production lot and to select which cotton bales are used for production. Each of these problems represents a large challenge in planning the production. However, in order to better represent the production environment and to reach lower production costs, process industries (as the spinning industry) are integrating more and more of the production sub-problems into the planning. The aim of this thesis is to propose novel mathematical models and solution methods to assist the decision maker to plan the production at the operational level. Three formulations for the synchronized two-stage lot sizing and scheduling are proposed. A new method based on mathematical programming and metaheuristics is also developed to solve this sub-problem. In addition, the integration of the lot sizing and scheduling with decisions related to the raw materials (cotton bales) is analyzed. The novel models represent a more realistic lot sizing and scheduling for the spinning industry and process industries of similar production environment. The solution method finds good solutions to the mentioned problem and outperforms other state-of-the-art methods incorporated in commercial softwares. Moreover, the method is general enough to solve other optimization problems. The integrated lot-sizing, scheduling and blending prove that constraints related to the yarn quality influence the costs and the feasibility of the production planning. The integrated planning of these operations approaches the system considering the constraint relationship and defines more realistic production plans

O problema de dimensionamento e sequenciamento de lotes vem sendo extensivamente estudado por pesquisadores da área de Pesquisa Operacional e há uma tendência de que tais trabalhos passem a cada vez mais integrar aspectos reais dos processos produtivos. Entretanto, percebe-se que os estudos conduzidos em alguns setores industriais negligenciam importantes restrições tecnológicos dos processos de produção e isso afasta esses trabalhos de Pesquisa Operacional de uma aplicação efetiva, como é o caso da indústria de embalagens de vidro. Neste contexto, propõe-se um modelo de programação inteira mista e um método de solução para o problema de dimensionamento e sequenciamentos de lotes na indústria de embalagens de vidro, sendo que este trabalho diferencia-se dos demais existentes na literatura por agregar restrições tecnológicas específicas desse processo produtivo. O modelo proposto, denominado CLSD-GCST, foi amplamente validado com base em um conjunto de testes com 40 instâncias de um problema real de uma grande empresa do setor no pacote comercial IBM ILOG CPLEX Optimization Studio Versão 12.5. A validação do modelo incluiu ainda uma análise de ganhos potenciais para o negócio de baseada no modelo SCOR. Já o método de solução proposto consiste em uma metaheurística de Busca em Vizinhança Variável (VNS) e se mostrou promissor para a solução do problema estudado, proporcionando resultados de qualidade em um baixo tempo computacional. Além disso, o VNS superou o Branch-and-Cut do CPLEX para grandes instâncias, nas quais o pacote comercial encontrou dificuldades. Por fim, o VNS proposto também foi validado por meio da análise de testes computacionais e suas principais características foram avaliadas sistematicamente, gerando um conjunto de informações que pode direcionar a utilização e, até mesmo, a evolução desse método em pesquisas futuras. / Lot sizing and scheduling problem has been extensively studied by Operations Research scientists and there is a tendency of incorporating more production processes real aspects in these researches. However, it can be noticed that studies conducted in some industrial sectors neglect important production process technological constraints and it keeps the Operations Research works away from an effective application, as happens with the glass containers industry. In this context, a mixed integer programming model and a solution method were proposed for glass containers industry lot sizing and scheduling problem, the main difference between this work and the others in literature is the inclusion of process specific technological constraints. The proposed model, named CLSD-GCST, was widely validated by a set of tests performed with 40 instances from a large company real problem using the commercial package IBM ILOG CPLEX Optimization Studio Version 12.5. The model validation also included a potential business earnings analysis based on SCOR framework. About the proposed solution method, it consists of a Variable Neighborhood Search (VNS) metaheuristic and it proved to be promising for the studied problem solution, providing good quality results in low computational time. Moreover, VNS overcame the CPLEX Branch-and-Cut for large instances, in which the commercial package found difficulties. Lastly, the proposed VNS was validated by means of computational tests analysis and its main characteristics were systematically evaluated, generating an information set that may direct this method application and even its evolution in future researches.

O problema de dimensionamento e sequenciamento de lotes vem sendo extensivamente estudado por pesquisadores da área de Pesquisa Operacional e há uma tendência de que tais trabalhos passem a cada vez mais integrar aspectos reais dos processos produtivos. Entretanto, percebe-se que os estudos conduzidos em alguns setores industriais negligenciam importantes restrições tecnológicos dos processos de produção e isso afasta esses trabalhos de Pesquisa Operacional de uma aplicação efetiva, como é o caso da indústria de embalagens de vidro. Neste contexto, propõe-se um modelo de programação inteira mista e um método de solução para o problema de dimensionamento e sequenciamentos de lotes na indústria de embalagens de vidro, sendo que este trabalho diferencia-se dos demais existentes na literatura por agregar restrições tecnológicas específicas desse processo produtivo. O modelo proposto, denominado CLSD-GCST, foi amplamente validado com base em um conjunto de testes com 40 instâncias de um problema real de uma grande empresa do setor no pacote comercial IBM ILOG CPLEX Optimization Studio Versão 12.5. A validação do modelo incluiu ainda uma análise de ganhos potenciais para o negócio de baseada no modelo SCOR. Já o método de solução proposto consiste em uma metaheurística de Busca em Vizinhança Variável (VNS) e se mostrou promissor para a solução do problema estudado, proporcionando resultados de qualidade em um baixo tempo computacional. Além disso, o VNS superou o Branch-and-Cut do CPLEX para grandes instâncias, nas quais o pacote comercial encontrou dificuldades. Por fim, o VNS proposto também foi validado por meio da análise de testes computacionais e suas principais características foram avaliadas sistematicamente, gerando um conjunto de informações que pode direcionar a utilização e, até mesmo, a evolução desse método em pesquisas futuras. / Lot sizing and scheduling problem has been extensively studied by Operations Research scientists and there is a tendency of incorporating more production processes real aspects in these researches. However, it can be noticed that studies conducted in some industrial sectors neglect important production process technological constraints and it keeps the Operations Research works away from an effective application, as happens with the glass containers industry. In this context, a mixed integer programming model and a solution method were proposed for glass containers industry lot sizing and scheduling problem, the main difference between this work and the others in literature is the inclusion of process specific technological constraints. The proposed model, named CLSD-GCST, was widely validated by a set of tests performed with 40 instances from a large company real problem using the commercial package IBM ILOG CPLEX Optimization Studio Version 12.5. The model validation also included a potential business earnings analysis based on SCOR framework. About the proposed solution method, it consists of a Variable Neighborhood Search (VNS) metaheuristic and it proved to be promising for the studied problem solution, providing good quality results in low computational time. Moreover, VNS overcame the CPLEX Branch-and-Cut for large instances, in which the commercial package found difficulties. Lastly, the proposed VNS was validated by means of computational tests analysis and its main characteristics were systematically evaluated, generating an information set that may direct this method application and even its evolution in future researches.

As decisões operacionais de produção em uma indústria de fiação são planejadas na prática determinando soluções dos sub-problemas de dimensionamento e sequenciamento de lotes e da mistura de fardos de algodão. As tarefas são: definir o tamanho, a sequência, o tempo e alocação de cada lote de produção e quais fardos de algodão devem ser utilizados na produção. Por si só, os sub-problemas representam grandes desafios no planejamento da produção. Entretanto, para melhor representar o ambiente produtivo e alcançar custos de produção mais baixos, indústrias de processo, como as de fiação, procuram integrar mais e mais seus sub-problemas de planejamento. O objetivo dessa tese é apresentar modelos matemáticos e métodos de solução para auxiliar a tomada de decisão no nível operacional do planejamento da produção. Três formulações matemáticas para o dimensionamento e sequenciamento de lotes em um sistema de dois estágios com produção sincronizada são propostas. Um novo método baseado em programação matemática e metaheurísticas e também desenvolvida para a solucão desse sub-problema. Além disso, a integração das decisões relativas a matéria-prima (fardos de algodão) ao dimensionamento e sequenciamento de lotes é analisada. As novas formulações propostas representam de forma mais realista o problema de dimensionamento e sequenciamento de lotes da indústria de fiação e de indústrias de processo com ambiente produtivo similares. O método de solução encontra boas soluções para o problema e supera outros méodos similares presentes em softwares comerciais. Além disso, o método é geral o suficiente para a solução de outros problemas de otimização. O problema integrado de dimensionamento e sequenciamento de lotes e mistura comprovou que restrições relativas à qualidade dos fios influenciam os custos e viabilidade do planejamento da produção. O planejamento integrado dessas óperações trata o sistema considerando restrições que se relacionam, definindo planos de produção mais realistas / In the practice of a spinning industry, the operational decisions of the production planning are determined by the hierarchical solution of the lot-sizing and scheduling problem and the blending problem of the cotton bales. The tasks are: to define the size, sequence, timing and allocation of each production lot and to select which cotton bales are used for production. Each of these problems represents a large challenge in planning the production. However, in order to better represent the production environment and to reach lower production costs, process industries (as the spinning industry) are integrating more and more of the production sub-problems into the planning. The aim of this thesis is to propose novel mathematical models and solution methods to assist the decision maker to plan the production at the operational level. Three formulations for the synchronized two-stage lot sizing and scheduling are proposed. A new method based on mathematical programming and metaheuristics is also developed to solve this sub-problem. In addition, the integration of the lot sizing and scheduling with decisions related to the raw materials (cotton bales) is analyzed. The novel models represent a more realistic lot sizing and scheduling for the spinning industry and process industries of similar production environment. The solution method finds good solutions to the mentioned problem and outperforms other state-of-the-art methods incorporated in commercial softwares. Moreover, the method is general enough to solve other optimization problems. The integrated lot-sizing, scheduling and blending prove that constraints related to the yarn quality influence the costs and the feasibility of the production planning. The integrated planning of these operations approaches the system considering the constraint relationship and defines more realistic production plans

O presente trabalho trata do problema integrado de dimensionamento e sequenciamento de lotes de produção. O processo de dimensionar e sequenciar lotes de produção consiste em determinar quanto produzir de cada produto e a sequência de produção desses lotes em cada máquina a cada período a fim de atender a uma demanda prevista sob as condições e capacidades operacionais existentes. O caso estudado nesse trabalho aborda o cenário de uma empresa de grande porte da indústria de bens de consumo de higiene pessoal, um mercado bastante concorrido no qual o bom nível de serviço de atendimento e a gestão de custos mostram-se essenciais na competição pelos clientes. Nessa empresa, existe um ambiente operacional complexo, composto por máquinas distintas em paralelo com capacidade limitada de produção cujos tempos de preparação (setup) são dependentes da sequência de produção, além de uma restrição de capacidade de armazenagem dos produtos fabricados, característica não encontrada na literatura existente. Os clientes permitem que ocorram atrasos de atendimento da demanda, porém isso é extremamente indesejável. Esse tipo de problema é NP-difícil, sendo geralmente tratado na literatura por heurísticas. Nesse trabalho, elaboramos nove diferentes estratégias de resolução baseadas na heurística relax-and-fix. O objetivo é, não somente resolver um problema real complexo, como também avaliar se o modo de articionamento e a sequência de resolução dos subproblemas influencia no desempenho da heurística. Os testes computacionais foram conduzidos em instâncias geradas aleatoriamente e em casos reais. Os resultados mostraram um bom desempenho e robustez da abordagem proposta. Técnicas alternativas foram aplicadas na estratégia com os melhores resultados para potencializar seu desempenho. / This work adresses the integrated lot sizing and scheduling problem. The process of lot sizing and scheduling consists of determining how much to produce of each product and the scheduling of these lots in each machine in order to meet the demand under existing restrictions and operational capabilities. The case studied in this work describes the scenario of a big company in the industry of consumer goods for personal hygiene, a very competitive market in which the good service level for customers and the cost management show up in the competition for the clients. In this company, there is a complex operational environment, composed of distinct parallel machines with limited production capacity and sequence dependente setup times. There is also a limited finished goods storage capacity, a characteristic not found in the existing literature. Backordering is allowed but it is extremely undesirable. This problem is NP-hard and it has been treated by heuristics in the literature. In this work, we developed nine different solving strategies based on the relax-and-fix heuristics. The aim of this approach is not only to solve a complex real problem but also assess whether the form of partitioning and the sequence of solving the subproblems influences the performance of the relax-and-fix heuristics. The computational experiments were conducted on ramdomly generated instances and real problems. The results showed the good performance and the robustness of the proposed approach. Alternative techniques were applied in the strategy with the best results in the previous tests to enhance its performance.

O setor industrial produtor de papel e celulose tem aumentado sua relevância comercial nas últimas décadas devido à demanda constantemente crescente. O aumento na competitividade do setor gerado pela economia globalizada e a dificuldade de desenvolvimento de bons planos de produção em ambientes produtivos cada vez mais complexos têm motivado a pesquisa por novas e efetivas ferramentas de auxílio à tomada de decisão. Considerando estas dificuldades, abordamos neste trabalho o problema de dimensionamento e sequenciamento de lotes com foco em empresas com processo integrado de produção de celulose e de papel. Trata-se de um problema de planejamento de médio a curto prazo, geralmente com maior enfoque no curto prazo por considerar o planejamento detalhado da produção em horizontes de planejamento que não superam 30 dias. No processo integrado de celulose e papel, foram consideradas as decisões de produção do digestor, evaporador, caldeira de recuperação e de múltiplas máquinas produtoras de papel, além do controle de estoque de produtos intermediários e finais. Modelos matemáticos da literatura foram modificados e estendidos para incorporar características adicionais do problema como, por exemplo, processos com múltiplas máquinas de papel. Além disso, foram desenvolvidas heurísticas construtivas, heurísticas de melhoria, abordagens de solução híbridas baseadas em algoritmos genéticos combinadas com ferramentas comerciais de solução exata, além de combinações entre os métodos. As abordagens desenvolvidas foram testadas computacionalmente e as melhores combinações de métodos foram definidas. De forma geral, os resultados dessas abordagens foram superiores aos obtidos por ferramentas de solução comerciais puras. Ademais, a variação proposta da heurística de melhoria fixe-e-otimize com mudanças na função objetivo se destacou com relação aos demais métodos, obtendo os melhores resultados, independentemente da qualidade da solução inicial utilizada. As principais contribuições desta tese são a apresentação de modelos matemáticos para representar apropriadamente o problema estudado, e o desenvolvimento de métodos de solução efetivos para resolver o problema. / The pulp and paper industry has been increasing the commercial importance in recent decades due to the constant growing demand. The increasing competitiveness of this sector generated by the globalized economy and the difficulty to develop good production plans in complex production environments have motivated the search for new and effective decision support systems. Given these difficulties, in this thesis we address the lot sizing and scheduling problem focused on integrated pulp and paper mills. This is a problem of medium to short term planning, generally more focused on the short term as it covers detailed production schedules in planning horizons which do not exceed 30 days. In these integrated pulp and paper process the production decisions of digester, evaporator, recovery boiler and multiple paper machines are considered, apart from the inventory control of intermediate and final products. Mathematical models known in the literature were modified and extended to incorporate additional features of the problem, such as processes with multiple paper machines. In addition, constructive and improvement heuristics, and hybrid methods based on genetic algorithms combined with a commercial solver were developed, as well as combinations of these solution approaches. The methods developed were computationally tested and the best combinations of methods were defined. Overall, the results of these methods were superior to the solutions obtained by pure commercial solvers. Moreover, the alternative variation proposed of the improvement heuristic fix-and-optimize with exchanges in the objective function surpassed the other methods, obtaining the best results, regardless of the quality of the initial solution used. The main contribution of this thesis are the presentation of mathematical models that appropriately represents the problem under study, and the development of effective solution methods to deal with the problem.

Submitted by Victor Mario Noble Ramos (vicmanr90@gmail.com) on 2017-12-01T18:27:41Z No. of bitstreams: 2 TextoFinalDissertationVicman-PosDefesa.pdf: 37720288 bytes, checksum: e8e3336733bc8151bd42eab9118f2b2a (MD5) CartaTextoFinal.pdf: 241030 bytes, checksum: 8c46be374e02fb08ecd2b0f6ac30a27b (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi ( ri.bso@ufscar.br) on 2017-12-04T12:40:00Z (GMT) No. of bitstreams: 2 TextoFinalDissertationVicman-PosDefesa.pdf: 37720288 bytes, checksum: e8e3336733bc8151bd42eab9118f2b2a (MD5) CartaTextoFinal.pdf: 241030 bytes, checksum: 8c46be374e02fb08ecd2b0f6ac30a27b (MD5) / Approved for entry into archive by Milena Rubi ( ri.bso@ufscar.br) on 2017-12-04T12:40:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 TextoFinalDissertationVicman-PosDefesa.pdf: 37720288 bytes, checksum: e8e3336733bc8151bd42eab9118f2b2a (MD5) CartaTextoFinal.pdf: 241030 bytes, checksum: 8c46be374e02fb08ecd2b0f6ac30a27b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-12-04T12:40:54Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TextoFinalDissertationVicman-PosDefesa.pdf: 37720288 bytes, checksum: e8e3336733bc8151bd42eab9118f2b2a (MD5) CartaTextoFinal.pdf: 241030 bytes, checksum: 8c46be374e02fb08ecd2b0f6ac30a27b (MD5) Previous issue date: 2017-11-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / This dissertation adresses the general integrated lot sizing and scheduling problem for non-alcoholic beverage production with synchronization between stages and operating time windows for scheduling preventive maintenances. The problem is characterized by having two interdependent synchronized stages. In the first stage, machines (tanks) can supply several filling lines at the same time in the second stage, where the final items are packed. Production sequence-dependent times and costs exist. The review of the related literature indicates that existing models refer, generally, to particular cases of the general problem adressed here, the most common cases are the dedication of tanks to the lines, and disregarding the perishability of syrups and the possibility of scheduling preventive maintenances. A mathematical model for the general problem, called SMMRPM, has been proposed and applied in several instances to show the adherence and flexibility of the model to represent practical cases that can be found in reality. For the case of the dedication of tanks to lines, the model was compared with the dedicated model F1 (FERREIRA et al, 2012). The results indicate that the SMMRPM model is flexible and adherent to represent practical scenarios in which other models are not applicable, for example the possibility of scheduling preventive maintenance and consideration of perishability are differential of the proposal. In the plans obtained, it was shown that it is important to include these considerations that significantly affect the productive plans. In the case of dedication, compared to the dedicated model, the formulation SMMRPM achieves production plans, on average, 52.63 \% less costly than F1. / Nesta dissertação de mestrado é pesquisado o problema geral integrado de dimensionamento e sequenciamento de lotes da produção de bebidas não alcoólicas com sincronia ente os estágios e janelas de tempo de operação para programação de manutenções preventivas. O problema é caracterizado por ter dois estágios sincronizados e dependentes entre si. As máquinas do primeiro estágio (tanques) podem suprir ao mesmo tempo várias linhas de envase no segundo estágio, onde são envasados os itens finais. Existem tempos e custos de setup dependentes da sequência de produção. A revisão da literatura relacionada indica que modelos existentes referem-se, em geral, a casos particulares do problema geral aqui tratado, sendo que os casos mais comuns são a dedicação de tanques à linhas, e desconsideração da perecibilidade dos xaropes e da possibilidade de programar manutenções preventivas. Foi proposto um modelo matemático para o problema geral, denominado SMMRPM, e aplicado em diversas instâncias a fim de mostrar a aderência e a flexibilidade do modelo para representar casos práticos que podem ser achados na realidade. Para o caso da dedicação de tanques a linhas, o modelo foi comparado com o modelo dedicado F1 (FERREIRA et al, 2012). Os resultados indicam que o modelo SMMRPM é flexível e aderente para representar cenários práticos em que outros modelos não são aplicáveis, por exemplo a possibilidade de programar manutenções preventivas e consideração da perecibilidade são diferenciais da proposta. Nos planos obtidos foi mostrada a importância da inclusão destas considerações que afetam significativamente os planos produtivos. No caso da dedicação, comparado com o modelo dedicado, a formulação SMMRPM consegue planos de produção, em média, 52.63 % menos custosos que o F1. / Demanda Social

O presente trabalho trata do problema integrado de dimensionamento e sequenciamento de lotes de produção. O processo de dimensionar e sequenciar lotes de produção consiste em determinar quanto produzir de cada produto e a sequência de produção desses lotes em cada máquina a cada período a fim de atender a uma demanda prevista sob as condições e capacidades operacionais existentes. O caso estudado nesse trabalho aborda o cenário de uma empresa de grande porte da indústria de bens de consumo de higiene pessoal, um mercado bastante concorrido no qual o bom nível de serviço de atendimento e a gestão de custos mostram-se essenciais na competição pelos clientes. Nessa empresa, existe um ambiente operacional complexo, composto por máquinas distintas em paralelo com capacidade limitada de produção cujos tempos de preparação (setup) são dependentes da sequência de produção, além de uma restrição de capacidade de armazenagem dos produtos fabricados, característica não encontrada na literatura existente. Os clientes permitem que ocorram atrasos de atendimento da demanda, porém isso é extremamente indesejável. Esse tipo de problema é NP-difícil, sendo geralmente tratado na literatura por heurísticas. Nesse trabalho, elaboramos nove diferentes estratégias de resolução baseadas na heurística relax-and-fix. O objetivo é, não somente resolver um problema real complexo, como também avaliar se o modo de articionamento e a sequência de resolução dos subproblemas influencia no desempenho da heurística. Os testes computacionais foram conduzidos em instâncias geradas aleatoriamente e em casos reais. Os resultados mostraram um bom desempenho e robustez da abordagem proposta. Técnicas alternativas foram aplicadas na estratégia com os melhores resultados para potencializar seu desempenho. / This work adresses the integrated lot sizing and scheduling problem. The process of lot sizing and scheduling consists of determining how much to produce of each product and the scheduling of these lots in each machine in order to meet the demand under existing restrictions and operational capabilities. The case studied in this work describes the scenario of a big company in the industry of consumer goods for personal hygiene, a very competitive market in which the good service level for customers and the cost management show up in the competition for the clients. In this company, there is a complex operational environment, composed of distinct parallel machines with limited production capacity and sequence dependente setup times. There is also a limited finished goods storage capacity, a characteristic not found in the existing literature. Backordering is allowed but it is extremely undesirable. This problem is NP-hard and it has been treated by heuristics in the literature. In this work, we developed nine different solving strategies based on the relax-and-fix heuristics. The aim of this approach is not only to solve a complex real problem but also assess whether the form of partitioning and the sequence of solving the subproblems influences the performance of the relax-and-fix heuristics. The computational experiments were conducted on ramdomly generated instances and real problems. The results showed the good performance and the robustness of the proposed approach. Alternative techniques were applied in the strategy with the best results in the previous tests to enhance its performance.

O setor industrial produtor de papel e celulose tem aumentado sua relevância comercial nas últimas décadas devido à demanda constantemente crescente. O aumento na competitividade do setor gerado pela economia globalizada e a dificuldade de desenvolvimento de bons planos de produção em ambientes produtivos cada vez mais complexos têm motivado a pesquisa por novas e efetivas ferramentas de auxílio à tomada de decisão. Considerando estas dificuldades, abordamos neste trabalho o problema de dimensionamento e sequenciamento de lotes com foco em empresas com processo integrado de produção de celulose e de papel. Trata-se de um problema de planejamento de médio a curto prazo, geralmente com maior enfoque no curto prazo por considerar o planejamento detalhado da produção em horizontes de planejamento que não superam 30 dias. No processo integrado de celulose e papel, foram consideradas as decisões de produção do digestor, evaporador, caldeira de recuperação e de múltiplas máquinas produtoras de papel, além do controle de estoque de produtos intermediários e finais. Modelos matemáticos da literatura foram modificados e estendidos para incorporar características adicionais do problema como, por exemplo, processos com múltiplas máquinas de papel. Além disso, foram desenvolvidas heurísticas construtivas, heurísticas de melhoria, abordagens de solução híbridas baseadas em algoritmos genéticos combinadas com ferramentas comerciais de solução exata, além de combinações entre os métodos. As abordagens desenvolvidas foram testadas computacionalmente e as melhores combinações de métodos foram definidas. De forma geral, os resultados dessas abordagens foram superiores aos obtidos por ferramentas de solução comerciais puras. Ademais, a variação proposta da heurística de melhoria fixe-e-otimize com mudanças na função objetivo se destacou com relação aos demais métodos, obtendo os melhores resultados, independentemente da qualidade da solução inicial utilizada. As principais contribuições desta tese são a apresentação de modelos matemáticos para representar apropriadamente o problema estudado, e o desenvolvimento de métodos de solução efetivos para resolver o problema. / The pulp and paper industry has been increasing the commercial importance in recent decades due to the constant growing demand. The increasing competitiveness of this sector generated by the globalized economy and the difficulty to develop good production plans in complex production environments have motivated the search for new and effective decision support systems. Given these difficulties, in this thesis we address the lot sizing and scheduling problem focused on integrated pulp and paper mills. This is a problem of medium to short term planning, generally more focused on the short term as it covers detailed production schedules in planning horizons which do not exceed 30 days. In these integrated pulp and paper process the production decisions of digester, evaporator, recovery boiler and multiple paper machines are considered, apart from the inventory control of intermediate and final products. Mathematical models known in the literature were modified and extended to incorporate additional features of the problem, such as processes with multiple paper machines. In addition, constructive and improvement heuristics, and hybrid methods based on genetic algorithms combined with a commercial solver were developed, as well as combinations of these solution approaches. The methods developed were computationally tested and the best combinations of methods were defined. Overall, the results of these methods were superior to the solutions obtained by pure commercial solvers. Moreover, the alternative variation proposed of the improvement heuristic fix-and-optimize with exchanges in the objective function surpassed the other methods, obtaining the best results, regardless of the quality of the initial solution used. The main contribution of this thesis are the presentation of mathematical models that appropriately represents the problem under study, and the development of effective solution methods to deal with the problem.