Este trabalho dedica-se ao problema de programação em flow shop permutacional com tempos de setup separados dos tempos de processamento e independentes da seqüência de execução das tarefas com o objetivo de minimizar a duração total da programação (Makespan). Por intermédio de investigações realizadas sobre as características estruturais do problema de programação e sua solução, uma propriedade deste problema é apresentada. Esta propriedade, denominada \"Propriedade LBY\", considerando quaisquer duas tarefas adjacentes Ju e Jv (Ju imediatamente precede Jv) independentemente de suas posições na seqüência de tarefas, fornece, um limitante inferior do tempo de espera para a tarefa Jv entre o fim do seu processamento na máquina Mk e o início do seu processamento na máquina seguinte. Dois novos métodos heurísticos são desenvolvidos, com base na propriedade apresentada e no procedimento de inserção de tarefas dos conhecidos métodos N&M e NEH: um construtivo, denominado BMc; e, um melhorativo, denominado BMm. Os métodos heurísticos propostos são comparados com os métodos heurísticos melhorativos de Cao; Bedworth (1992) e Rajendran; Ziegler (1997), através de um grande número de problemas gerados aleatoriamente. Os tempos de processamento são distribuídos no intervalo [1, 99] e os tempos de setup nos intervalos de [1, 49], [1, 99], [51, 149] e [101, 199]. Os métodos são avaliados quanto à porcentagem de sucesso em obter a melhor solução, ao desvio relativo médio e o tempo médio de computação. Os resultados da experimentação computacional mostram a qualidade do método construtivo BMc e a melhor performance do método melhorativo BMm. Estes resultados são apresentados e discutidos. / This work addresses the permutation flow shop scheduling problem with separated, non-batch, and sequence-independent setup times with the objective of minimizing the total time to complete the schedule (Makespan). Following an investigation of problem structural characteristics and your solution a property of this scheduling problem is presented. This property, denoted by \"Property LBY\", given any two adjacent jobs Ju e Jv (Ju immediately precedes Jv), regardless of their position in the sequence of jobs, provides an lower bound of the waiting time for job Jv between the end of its operations on the machine Mk and the beginning on machine M(k+1). Two news heuristics methods are development, on the basis of the presented property and in the job insertion procedure of the known methods named N&M and NEH: one constructive, denote by BMc; and, one improvement, denote by BMm. The proposed heuristics methods are compared with the improvement heuristics methods of Cao; Bedworth (1992) and Rajendran; Ziegler (1997), by a large number of randomly generated problems. The processing time are sampled from a distribution ranging from [1, 99] and, the setup times are sampled from distributions ranging from [1, 49], [1, 99], [51, 149] and [101, 199]. The methods are evaluated by the percentage of success in find the best solution, the average relative deviation and the average computation time. The results of the computational investigation show the quality of the constructive heuristic method BMc and that the improvement heuristic method BMc outperforms all others. These results are presented and discussed.

A concorrência nos mercados mundiais impõe a necessidade de aumento da competitividade das empresas que desejam assumir posições de liderança nos segmentos em que atuam. Neste ínterim, a programação de tarefas contribui para que as empresas promovam a eficiente utilização dos recursos produtivos visando a realização de seus objetivos estratégicos. Esta dissertação enfoca a programação de tarefas em máquinas paralelas não-relacionadas e com tempos de setup dependentes da sequência de processamento. Primeiramente é abordado o objetivo de minimização do atraso total e do tempo total para a conclusão de um conjunto de tarefas, através de uma heurística de três etapas que (i) ordena as tarefas pelo WSPT (Weighted Shortest Processing Time), (ii) aloca as tarefas às máquinas e (iii) aprimora a solução proposta pela etapa (ii) através de Tabu Search. Quando aplicada em um ambiente de manufatura real composto por duas máquinas paralelas não-relacionadas no processo de metalização de filmes plásticos em alto vácuo, a heurística resulta em um desvio de 1,1% para o tempo total de processamento das tarefas e 4,6% para o atraso total, em comparação ao resultado ótimo obtido por enumeração. Na sequência, o objetivo passa a ser a minimização simultânea do atraso e do adiantamento das tarefas através de uma heurística de três etapas que (i) caracteriza o conjunto de tarefas por um conjunto de métricas, (ii) aloca as tarefas às máquinas através de uma versão modificada do ATCS (Apparent Tardiness Cost with Setup) de Lee e Pinedo (1997), e (iii) aprimora a solução final com Tabu Search. A aplicação em dados reais resulta em 14% de desvio em relação à solução ótima obtida por enumeração. Quando aplicada em cenários com data de entrega, tempos de processamento e setup simulados, a heurística resulta em desvio médio de 18% da solução ótima gerada por enumeração para pelo menos 70% das simulações. / The competition in worldwide markets lead the companies to increase the competitiveness in order to take leading positions in their industries. In this sense, scheduling plays an important role leading the companies to reach their strategic goals through efficient utilization of manufacturing resources. This dissertation focuses on the scheduling unrelated parallel machines with sequence dependent setup times. First goal is to minimize the completion time and total weighted tardiness, through a three phase heuristic which (i) sort the jobs with WSPT, (ii) allocate the jobs to the machines and (iii) improve final solution with Tabu Search. Once applied to a real manufacturing environment composed by two unrelated parallel machines, in high vacuum plastic films metallisation process, the heuristic results in 1.1% of deviation from total weighted completion time and 4.6% of deviation from weighted tardiness, in relation to the optimal solution obtained from total enumeration. Next goal is the simultaneous minimization of weighted earliness and tardiness, through a three phase heuristic which (i) characterize the jobs, (ii) allocate the jobs to the machines with a modified version of Lee and Pinedo’s (1997) ATCS and (iii) improve final solution with Tabu Search. The application in real data results in 14% of deviation from the optimal solution obtained by enumeration. When applied to simulated scenarios of due date, processing and setup time, the heuristic results in average deviation of 18% from optimal solution obtained by enumeration to at least 70% of the simulations.

Wine companies face two important challenges in their supply chain: the international shipping temperatures and their effect on the perceived quality of the wine and the optimization of the bottling schedule. The wine maker takes special care in producing the best quality product, which is then shipped to the importer/distributor or consumer, generally in non-refrigerated containers at the mercy of the prevailing environmental conditions. The contributions of this work is that it is the first to measure, for a significant period of time, the temperatures along the international wine supply chain and to link them to the specific supply chain processes. This is also the first work that analyzes the effect of shipping temperature on the perceived quality of the product by those who make the purchase decision for importers, restaurants and supermarkets. Results indicate that the wine is very likely to have been exposed to extreme temperatures during shipping. For white wines, tasters are able to detect differences in wines which have been exposed to shipping temperatures and show a preference towards them. For red wines, they are unable to detect differences. Our contribution to the second challenge was the development of a model that produces solutions for the wine bottling lot sizing and scheduling problem with sequence dependent setup times, in an adequate time-frame, which can be implemented by large wineries. We have developed a model and algorithm that produces fast, good and robust solutions for the winery lot sizing and scheduling problem with sequence dependent setup times. We implemented an effective decomposition algorithm that uses the structure of the problem, that can be applied to other families of sequence dependent scheduling and lot sizing problem. Results indicate that the model achieves reductions of 30\% in the total plan costs.

Este trabalho trata do problema de programação de operações no ambiente flow shop com máquinas múltiplas, com seus tempos de preparação (setup) assimétricos e dependentes da seqüência de processamento das tarefas. Este ambiente de produção é comum em indústrias gráficas, químicas, têxteis, de papel e de tinta, caracterizadas por sistemas com amplo mix de produtos. Qualquer processo produtivo requer um gerenciamento eficaz por meio do Planejamento e Controle da Produção (PCP). Esta atividade inclui a programação da produção, ou seja, a alocação de recursos para a execução de tarefas em uma base de tempo. A atividade de programação é uma das tarefas mais complexas no gerenciamento de produção, pois há a necessidade de lidar com diversos tipos diferentes de recursos e atividades simultaneamente. Além disso, o número de soluções possíveis cresce exponencialmente em várias dimensões, de acordo com a quantidade de tarefas, operações ou máquinas, conferindo uma natureza combinatorial ao problema. No ambiente estudado neste trabalho as operações de cada tarefa são executadas em múltiplos estágios de produção, podendo variar a quantidade de máquinas em cada um deles. Cada operação é processada por apenas uma máquina em cada estágio. Os tempos de preparação das máquinas possuem uma variabilidade relevante em função da ordem de execução das tarefas nas máquinas. A função-objetivo considerada é a minimização da duração total da programação (makespan). Foram desenvolvidos quatro métodos heurísticos construtivos com base em algoritmos reportados na literatura para solução de problemas flow shop permutacional e máquinas paralelas no ambiente cujo tempo de setup é dependente da seqüência. Como não foram encontrados na literatura métodos para programação no ambiente tratado neste trabalho, os algoritmos construídos foram comparados entre si. O foco da pesquisa foi o estudo da influência da relação entre as ordens de grandeza dos tempos de processamento e de setup em cada método de solução. Os resultados obtidos na experimentação computacional foram analisados e discutidos com base na porcentagem de sucesso, desvio relativo (%), desvio-padrão do desvio relativo e tempo médio de computação / This work adressess the hybrid flow shop scheduling problem with asymmetric sequence dependent setup times. This environment of production system is common in graphical, chemical, fabric, paper and ink industries. It’s characterized by systems with large mix of products. Any productive process requires an efficient management by means of Production Planning and Control. This activity includes scheduling, i.e., the resources allocation for the execution of jobs in a time base. Scheduling is one of the tasks most complex in production management, since it deals simultaneously with different types of resources and activities. Moreover, the number of possible solutions grows exponentially in some dimensions, in accordance with the number of jobs, operations or machines, conferring a combinatorial nature to the problem. In the environment studied in this work, the operations of each job are processed in multiple production stages. The number of machines in each stage can be different. Each operation is processed by only one machine in each stage. The setup times have a significant variability in function of the sequence of job processing on the machines. The objective is minimizing the total time to complete the schedule (makespan). Four constructive heuristic methods were developed on the basis of algorithms reported in the literature for solving permutation flow shop and parallel machine problems with sequence dependent setup times. The proposed heuristic methods have been compared between themselves, since no constructive heuristics have been found in the literature for the scheduling problem considered in this work. The focus of the research was the study of the influence of the relations among the range of the times processing and setup times in each method. The statistics used in order to evaluate the heuristic performances were the percentage of success (in finding the best solution), relative deviation, standard deviation of relative deviation and average computation time. Results from computational experience are discussed

Este trabalho trata do problema de programação de operações no ambiente flow shop com máquinas múltiplas, com seus tempos de preparação (setup) assimétricos e dependentes da seqüência de processamento das tarefas. Este ambiente de produção é comum em indústrias gráficas, químicas, têxteis, de papel e de tinta, caracterizadas por sistemas com amplo mix de produtos. Qualquer processo produtivo requer um gerenciamento eficaz por meio do Planejamento e Controle da Produção (PCP). Esta atividade inclui a programação da produção, ou seja, a alocação de recursos para a execução de tarefas em uma base de tempo. A atividade de programação é uma das tarefas mais complexas no gerenciamento de produção, pois há a necessidade de lidar com diversos tipos diferentes de recursos e atividades simultaneamente. Além disso, o número de soluções possíveis cresce exponencialmente em várias dimensões, de acordo com a quantidade de tarefas, operações ou máquinas, conferindo uma natureza combinatorial ao problema. No ambiente estudado neste trabalho as operações de cada tarefa são executadas em múltiplos estágios de produção, podendo variar a quantidade de máquinas em cada um deles. Cada operação é processada por apenas uma máquina em cada estágio. Os tempos de preparação das máquinas possuem uma variabilidade relevante em função da ordem de execução das tarefas nas máquinas. A função-objetivo considerada é a minimização da duração total da programação (makespan). Foram desenvolvidos quatro métodos heurísticos construtivos com base em algoritmos reportados na literatura para solução de problemas flow shop permutacional e máquinas paralelas no ambiente cujo tempo de setup é dependente da seqüência. Como não foram encontrados na literatura métodos para programação no ambiente tratado neste trabalho, os algoritmos construídos foram comparados entre si. O foco da pesquisa foi o estudo da influência da relação entre as ordens de grandeza dos tempos de processamento e de setup em cada método de solução. Os resultados obtidos na experimentação computacional foram analisados e discutidos com base na porcentagem de sucesso, desvio relativo (%), desvio-padrão do desvio relativo e tempo médio de computação / This work adressess the hybrid flow shop scheduling problem with asymmetric sequence dependent setup times. This environment of production system is common in graphical, chemical, fabric, paper and ink industries. It’s characterized by systems with large mix of products. Any productive process requires an efficient management by means of Production Planning and Control. This activity includes scheduling, i.e., the resources allocation for the execution of jobs in a time base. Scheduling is one of the tasks most complex in production management, since it deals simultaneously with different types of resources and activities. Moreover, the number of possible solutions grows exponentially in some dimensions, in accordance with the number of jobs, operations or machines, conferring a combinatorial nature to the problem. In the environment studied in this work, the operations of each job are processed in multiple production stages. The number of machines in each stage can be different. Each operation is processed by only one machine in each stage. The setup times have a significant variability in function of the sequence of job processing on the machines. The objective is minimizing the total time to complete the schedule (makespan). Four constructive heuristic methods were developed on the basis of algorithms reported in the literature for solving permutation flow shop and parallel machine problems with sequence dependent setup times. The proposed heuristic methods have been compared between themselves, since no constructive heuristics have been found in the literature for the scheduling problem considered in this work. The focus of the research was the study of the influence of the relations among the range of the times processing and setup times in each method. The statistics used in order to evaluate the heuristic performances were the percentage of success (in finding the best solution), relative deviation, standard deviation of relative deviation and average computation time. Results from computational experience are discussed

The group scheduling problem commonly arises in cellular manufacturing systems, where parts are grouped into part families. It is characterized by a sequencing task on two levels: on the one hand, a sequence of jobs within each part family has to be identified while, on the other hand, a family sequence has to be determined. In order to solve this NP-hard problem usually heuristic solution approaches are used. In this thesis different aspects of group scheduling are discussed and problem specific heuristics are developed to solve group scheduling problems efficiently. Thereby, particularly characteristic properties of flowshop group scheduling problems, such as the structure of a group schedule or missing operations, are identified and exploited. In a simulation study for job shop manufacturing cells several novel dispatching rules are analyzed. Furthermore, a comprehensive review of the existing group scheduling literature is presented, identifying fruitful directions for future research.

IKEA Industry has factories in several locations where one location is in Hultsfred, Småland. IKEA Industry Hultsfred produces IKEA:s wardrobe collection PAX. In 2018, 2.8 million wardrobes were manufactured in Hultsfred. This thesis covers the subject of constructing and developing an optimization model which has the same characteristics as the plinth production at IKEA Industry Hultsfred. This means that the optimization model must consider production sequence; the setup time is different depending on which products that have been produced in the machine earlier. The thesis also covers to investigate how much time that is necessary to produce the plinths to Hultsfred, Portugal, and Germany under different circumstances. This thesis also balances inventory levels and setup time. I.e., how the inventory levels are changed if more emphasis is put into minimizing setup time, and the other way around. The results show that lower inventory levels and setup times are achievable over seven days if the production planning technique is changed.

Em um contexto industrial, a programação da produção tem como objetivo alocar recursos para operações de forma a aumentar a eficiência operacional do processo de fabricação. Esta programação pode ser modelada na forma de problemas de sequenciamento de tarefas, que são resolvidos visando minimizar um determinado critério de desempenho. A aplicação de métodos exatos nestes problemas possibilita encontrar a solução ótima, tanto para aplicação direta como para a validação de métodos heurísticos e metaheurísticas. Entretanto, a literatura mostra que os métodos exatos, tanto a resolução do problema pela modelagem em programação linear-inteira mista como o branch-and-bound, têm sua aplicação restrita à problemas de menores tamanhos. O objetivo deste trabalho é propor novas formulações de limitantes inferiores para a aplicação do branch-and-bound em problemas de flowshop permutacional visando aumentar sua eficiência e aplicabilidade. Os limitantes propostos são avaliados em problemas de flowshop permutacional com tempos de setup dependente da sequência, tendo como critérios de desempenho o tempo de fluxo total e o atraso total. A avaliação da aplicabilidade de cada limitante é feita através do número de nós explorados e o tempo computacional gasto pelo branch-and-bound para resolver problemas de diversos tamanhos. / In an industrial context, production sequencing aims at allocating resources for job processing while increasing manufacturing efficiency. This task can be modelled in the form of scheduling problems, which are solved by minimizing a pre-determined performance criterion. The use of exact methods allows the optimal solution to be found, which can be applied directly in the manufacturing shop or used to validate heuristic and metaheuristic methods. However, the literature shows that MILP and branch-and-bound, both exact methods, are restrained to small-sized scheduling problems. The aim of this project is to propose new lower bound formulations to be used in the branch-and-bound method for permutational flowshop probems, in order to extend its efficiency and applicability. The proposed bounds are tested in permutational flowshop problems with sequence dependent setup times, and using as performance criteria the total flow time and the total tardiness. The evaluation of each lower bounds applicability is done considering the number of explored nodes and the required computational time for the branch-and-bound to solve problem instances of different sizes.

Este trabalho é dedicado ao problema de programação em Flowshop Permutacional com tempos de preparação (setup) assimétricos e separados dos tempos de processamento e dependentes da seqüência de execução das tarefas e tem o objetivo de minimização da duração total da programação (Makespan). Através da investigação das propriedades estruturais do problema, são desenvolvidos os parâmetros XR e QR de uma programação, que indicam ociosidade das máquinas (para valores positivos) e bloqueio das tarefas (para valores negativos). Os novos parâmetros são utilizados para propor uma melhoria no cálculo eficiente de Makespan proposto por Taillard (1990). Esta melhoria é então utilizada no desenvolvimento de uma nova heurística construtiva baseada no método NEHT-RB de Ríos-Mercado e Bard (1998b) denominada CNIT, que é comparada durante a experimentação computacional com os métodos SETUP e TOTAL, de Simons (1992) com pequenas melhorias; com a proposta da utilização da propriedade UBX de Moccellin e Nagano (2007); e com o método NEHT-RB. Os métodos são então submetidos a uma busca local descendente como proposta em Ruiz e Stützle (2008) e seus desempenhos como soluções iniciais para este procedimento de busca local são avaliados. Em seguida, um método melhorativo derivado do novo método construtivo e baseado na meta-heurística IG de Ruiz e Stützle (2008) é proposto e denominado CNIT-IG. O método é comparado com a heurística IG original submetida às diferentes soluções iniciais estudadas durante a avaliação da nova heurística construtiva. As comparações são realizadas utilizando-se o banco de dados de Taillard (1990) para o flowshop permutacional adaptado para o problema de flowshop com tempos de setup assimétricos e dependentes da seqüência. Os resultados da experimentação computacional são analisados em termos da porcentagem média de sucesso, do desvio relativo médio e em relação ao tempo médio computacional e mostram a superioridade dos resultados da nova heurística construtiva CNIT e seu alto custo computacional, de complexidade mn³. Os resultados mostram ainda a superioridade da meta-heurística CNIT-IG sobre o método IG. / This work addresses the Permutation Flowshop scheduling problem with separated sequence-dependent setup times with the objective of minimizing Makespan. Through the investigation of the problem structural properties, two scheduling parameters XR e QR are developed, they indicate the machine idleness (for positive values) and task blocking (for negative values). These new parameters are used to propose an improvement in the efficient makespan calculation as stated by Taillard (1990). This improvement is then used for development of a new constructive heuristic based on Ríos-Mercado and Bard (1998b) method NEHT-RB nominated CNIT, and it is compared during computational experimentation with the methods SETUP and TOTAL of Simons (1992), with slight improvements; with the proposal of property UBX from Moccellin and Nagano (2007) and with NEHT-RB method. The methods are then submitted to descent local search as proposed in Ruiz and Stützle (2008) and its performance as initial solutions for this local search procedure is evaluated. Next, an improvement method derivate from the new constructive method and based on metaheuristic IG from Ruiz and Stützle (2008) is proposed and nominated CNIT-IG. This method is compared with original IG submitted to different initial solutions studied during constructive heuristic evaluation. Comparisons are done using Taillards instances (1990) for standard flowshop and adapted to the flowshop with sequencedependent setup times problem. The results of computation experimentation are analyzed in terms of average percentage of success, average relative percentage deviation and average computational time and show superiority of new constructive heuristic CNIT-IG and its high computational cost, with complexity mn³. The results also show superiority of metaheuristic CNIT-IG over IG method.

Este trabalho é dedicado ao problema de programação em Flowshop Permutacional com tempos de preparação (setup) assimétricos e separados dos tempos de processamento e dependentes da seqüência de execução das tarefas e tem o objetivo de minimização da duração total da programação (Makespan). Através da investigação das propriedades estruturais do problema, são desenvolvidos os parâmetros XR e QR de uma programação, que indicam ociosidade das máquinas (para valores positivos) e bloqueio das tarefas (para valores negativos). Os novos parâmetros são utilizados para propor uma melhoria no cálculo eficiente de Makespan proposto por Taillard (1990). Esta melhoria é então utilizada no desenvolvimento de uma nova heurística construtiva baseada no método NEHT-RB de Ríos-Mercado e Bard (1998b) denominada CNIT, que é comparada durante a experimentação computacional com os métodos SETUP e TOTAL, de Simons (1992) com pequenas melhorias; com a proposta da utilização da propriedade UBX de Moccellin e Nagano (2007); e com o método NEHT-RB. Os métodos são então submetidos a uma busca local descendente como proposta em Ruiz e Stützle (2008) e seus desempenhos como soluções iniciais para este procedimento de busca local são avaliados. Em seguida, um método melhorativo derivado do novo método construtivo e baseado na meta-heurística IG de Ruiz e Stützle (2008) é proposto e denominado CNIT-IG. O método é comparado com a heurística IG original submetida às diferentes soluções iniciais estudadas durante a avaliação da nova heurística construtiva. As comparações são realizadas utilizando-se o banco de dados de Taillard (1990) para o flowshop permutacional adaptado para o problema de flowshop com tempos de setup assimétricos e dependentes da seqüência. Os resultados da experimentação computacional são analisados em termos da porcentagem média de sucesso, do desvio relativo médio e em relação ao tempo médio computacional e mostram a superioridade dos resultados da nova heurística construtiva CNIT e seu alto custo computacional, de complexidade mn³. Os resultados mostram ainda a superioridade da meta-heurística CNIT-IG sobre o método IG. / This work addresses the Permutation Flowshop scheduling problem with separated sequence-dependent setup times with the objective of minimizing Makespan. Through the investigation of the problem structural properties, two scheduling parameters XR e QR are developed, they indicate the machine idleness (for positive values) and task blocking (for negative values). These new parameters are used to propose an improvement in the efficient makespan calculation as stated by Taillard (1990). This improvement is then used for development of a new constructive heuristic based on Ríos-Mercado and Bard (1998b) method NEHT-RB nominated CNIT, and it is compared during computational experimentation with the methods SETUP and TOTAL of Simons (1992), with slight improvements; with the proposal of property UBX from Moccellin and Nagano (2007) and with NEHT-RB method. The methods are then submitted to descent local search as proposed in Ruiz and Stützle (2008) and its performance as initial solutions for this local search procedure is evaluated. Next, an improvement method derivate from the new constructive method and based on metaheuristic IG from Ruiz and Stützle (2008) is proposed and nominated CNIT-IG. This method is compared with original IG submitted to different initial solutions studied during constructive heuristic evaluation. Comparisons are done using Taillards instances (1990) for standard flowshop and adapted to the flowshop with sequencedependent setup times problem. The results of computation experimentation are analyzed in terms of average percentage of success, average relative percentage deviation and average computational time and show superiority of new constructive heuristic CNIT-IG and its high computational cost, with complexity mn³. The results also show superiority of metaheuristic CNIT-IG over IG method.