Linhas de produção são sistemas fabris para produção em larga escala, com grande importância no sistema industrial atual. Como se trata de um sistema já consolidado, é natural que existam métricas de desempenho e estratégias para otimização de eficiência para as diversas configurações de linhas de produção existentes. Este trabalho se concentra em linhas seriais não-ritmadas e estocásticas. Em particular, o interesse é no efeito de se desbalancear adequadamente uma linha de produção para melhorar sua produtividade, o que é denominado na literatura de fenômeno Tigela (Bowl phenomenon). Uma revisão da literatura mostrou que esse fenômeno já foi estudado em diferentes cenários: linhas com e sem buffers, diversos perfis de carga ao longo da linha e diferentes distribuições probabilísticas regendo os tempos de execução das tarefas. Contudo, nenhum dos estudos considerou a indivisibilidade das tarefas, isto é, o fato de que cada tarefa deve ser executada em uma única estação. Essa é a principal lacuna explorada neste estudo. Para isso, são utilizadas instâncias recentemente propostas do Problema Simples de Balanceamento de Linhas de Produção (SALBP, na sigla em inglês) e instâncias do Problema de Designação de Trabalhadores e Balanceamento de Linhas de Produção (ALWABP), que são solucionadas a partir de modelos de programação inteira mista que induzem soluções de acordo com o efeito Tigela. Essas soluções são utilizadas em um modelo de simulação estocástico, também apresentado neste trabalho. Em linhas gerais, os resultados mostram que as soluções do SALBP e ALWABP obtidas podem se beneficiar do efeito Tigela. Além disso, a variedade das instâncias utilizadas nos experimentos argumentam em favor de uma maior capacidade de generalização dos resultados para casos práticos se comparados aos casos simplificados previamente discutidos na literatura. / Assembly lines are large-scale production systems with great value in modern industrial systems. Perfomance measures and strategies have been proposed in order to evaluate and improve the efficiency of numerous assembly line configurations. This dissertation focuses on serial unpaced (stochastic) assembly lines. In particular, the interest of this study is in the effect of deliberately unbalacing the line in a specific manner in order to enhance its performance, a strategy that exploits the so-called Bowl phenomenon. The literature has studied this phenomenon in different scenarios: buffered and unbuffered lines, different workload profiles along the line and different probabilistic task time distributions. However, none of the identified studies considers task indivisibility, an intrisic characteristic of real-world assembly line balancing problems, namely, each task has to be executed in a single station. This is the main gap explored in this study. Thereunto, we use recently proposed instances for the Simple Assembly Line Balancing Problem (SALBP) and some Assembly Line Worker Assignment and Balancing Problem (ALWABP) instances, which are solved using mixed integer programming models capable of inducing bowl workload profiles. These solutions are used as input in a stochastic simulation model, also presented in this study. Overall, the results show that SALBP and ALWABP solutions may benefit from the Bowl phenomenon. Furthermore, the variety of the instances considered in the experiments allows for a better generalization of the results to real-world scenarios if compared to the simplified cases previously shown in the literature.

Linhas de produção são sistemas fabris para produção em larga escala, com grande importância no sistema industrial atual. Como se trata de um sistema já consolidado, é natural que existam métricas de desempenho e estratégias para otimização de eficiência para as diversas configurações de linhas de produção existentes. Este trabalho se concentra em linhas seriais não-ritmadas e estocásticas. Em particular, o interesse é no efeito de se desbalancear adequadamente uma linha de produção para melhorar sua produtividade, o que é denominado na literatura de fenômeno Tigela (Bowl phenomenon). Uma revisão da literatura mostrou que esse fenômeno já foi estudado em diferentes cenários: linhas com e sem buffers, diversos perfis de carga ao longo da linha e diferentes distribuições probabilísticas regendo os tempos de execução das tarefas. Contudo, nenhum dos estudos considerou a indivisibilidade das tarefas, isto é, o fato de que cada tarefa deve ser executada em uma única estação. Essa é a principal lacuna explorada neste estudo. Para isso, são utilizadas instâncias recentemente propostas do Problema Simples de Balanceamento de Linhas de Produção (SALBP, na sigla em inglês) e instâncias do Problema de Designação de Trabalhadores e Balanceamento de Linhas de Produção (ALWABP), que são solucionadas a partir de modelos de programação inteira mista que induzem soluções de acordo com o efeito Tigela. Essas soluções são utilizadas em um modelo de simulação estocástico, também apresentado neste trabalho. Em linhas gerais, os resultados mostram que as soluções do SALBP e ALWABP obtidas podem se beneficiar do efeito Tigela. Além disso, a variedade das instâncias utilizadas nos experimentos argumentam em favor de uma maior capacidade de generalização dos resultados para casos práticos se comparados aos casos simplificados previamente discutidos na literatura. / Assembly lines are large-scale production systems with great value in modern industrial systems. Perfomance measures and strategies have been proposed in order to evaluate and improve the efficiency of numerous assembly line configurations. This dissertation focuses on serial unpaced (stochastic) assembly lines. In particular, the interest of this study is in the effect of deliberately unbalacing the line in a specific manner in order to enhance its performance, a strategy that exploits the so-called Bowl phenomenon. The literature has studied this phenomenon in different scenarios: buffered and unbuffered lines, different workload profiles along the line and different probabilistic task time distributions. However, none of the identified studies considers task indivisibility, an intrisic characteristic of real-world assembly line balancing problems, namely, each task has to be executed in a single station. This is the main gap explored in this study. Thereunto, we use recently proposed instances for the Simple Assembly Line Balancing Problem (SALBP) and some Assembly Line Worker Assignment and Balancing Problem (ALWABP) instances, which are solved using mixed integer programming models capable of inducing bowl workload profiles. These solutions are used as input in a stochastic simulation model, also presented in this study. Overall, the results show that SALBP and ALWABP solutions may benefit from the Bowl phenomenon. Furthermore, the variety of the instances considered in the experiments allows for a better generalization of the results to real-world scenarios if compared to the simplified cases previously shown in the literature.

A maioria das pesquisas na área de alocação de capacidades entre recursos de uma linha de manufatura propõe as formas balanceadas e em bowl como as mais eficientes para o desempenho de linha como um todo. A maior parte destes estudos é baseada em sistemas simplificados de empurrar a produção, desconsiderando sistemas mais atuais de planejamento e controle da produção (PCP). Por outro lado, estudos referentes à eficiência de sistemas de planejamento e controle da produção não consideram o efeito que critérios distintos de alocação de capacidades podem ter seus desempenhos. Este trabalho tem como objetivo estudar o relacionamento entre as políticas de alocação de capacidades e os sistemas de PCP. O principal critério de desempenho adotado foi o throughput, obtido segundo níveis médios e máximos de estoque em processo em uma linha de produção com cinco recursos. Foram estudados oito tipos de critérios de alocação de capacidades e quatro tipos de sistemas PCP, segundo três níveis de desbalanceamento de cargas, três níveis de coeficiente de variabilidade dos tempos de processamento dos recursos e cinco níveis máximos de estoque em processo. Foi utilizada uma ferramenta de simulação para criar modelos e simular 1386 cenários distintos. Como resultado, percebeu-se uma estreita interdependência entre políticas de alocação e sistemas de PCP. A pesquisa identificou; ainda, que não há um critério de alocação de capacidades nem um sistema de PCP que se mostre melhorem todas as condições testadas, contrariando diversos estudos sobre o tema. / Most of the researches on production capacity allocation among resources, proposes the use of balanced and bowI allocation as the most efficient methods in terms of performance. Such studies were generally based on simplified push production systems, not considering other production pIanning and controI systems (PPC). On the other hand, studies about efficiency of PPC systems don\'t consider the effect of different criteria of capacity allocation on the performance of the PPC systems. The purpose of this research is to investigate how different capacity allocation criteria and different PPC systems interreIate among each other. The major performance criteria used to rank each combination was the resulting throughput, considering several average and maximum levels of work in process (WIP) in a production line with five resources. Eight different types of capacity allocation criteria and four types of PPC systems were studied, with three levels of unbalanced loads, three levels of variability coefficient for processing times and tive maximum WIP levels. A simulation tool was used in order to generate the models and run 1386 different scenarios. As a result, it could be noticed a strong interrelationship between the allocation criteria and the PPC systems. The research also showed, on the contrary of many studies on this subject, that for all the combination tested, none of capacity allocation criteria nor PPC systems stood out on the best option.

A maioria das pesquisas na área de alocação de capacidades entre recursos de uma linha de manufatura propõe as formas balanceadas e em bowl como as mais eficientes para o desempenho de linha como um todo. A maior parte destes estudos é baseada em sistemas simplificados de empurrar a produção, desconsiderando sistemas mais atuais de planejamento e controle da produção (PCP). Por outro lado, estudos referentes à eficiência de sistemas de planejamento e controle da produção não consideram o efeito que critérios distintos de alocação de capacidades podem ter seus desempenhos. Este trabalho tem como objetivo estudar o relacionamento entre as políticas de alocação de capacidades e os sistemas de PCP. O principal critério de desempenho adotado foi o throughput, obtido segundo níveis médios e máximos de estoque em processo em uma linha de produção com cinco recursos. Foram estudados oito tipos de critérios de alocação de capacidades e quatro tipos de sistemas PCP, segundo três níveis de desbalanceamento de cargas, três níveis de coeficiente de variabilidade dos tempos de processamento dos recursos e cinco níveis máximos de estoque em processo. Foi utilizada uma ferramenta de simulação para criar modelos e simular 1386 cenários distintos. Como resultado, percebeu-se uma estreita interdependência entre políticas de alocação e sistemas de PCP. A pesquisa identificou; ainda, que não há um critério de alocação de capacidades nem um sistema de PCP que se mostre melhorem todas as condições testadas, contrariando diversos estudos sobre o tema. / Most of the researches on production capacity allocation among resources, proposes the use of balanced and bowI allocation as the most efficient methods in terms of performance. Such studies were generally based on simplified push production systems, not considering other production pIanning and controI systems (PPC). On the other hand, studies about efficiency of PPC systems don\'t consider the effect of different criteria of capacity allocation on the performance of the PPC systems. The purpose of this research is to investigate how different capacity allocation criteria and different PPC systems interreIate among each other. The major performance criteria used to rank each combination was the resulting throughput, considering several average and maximum levels of work in process (WIP) in a production line with five resources. Eight different types of capacity allocation criteria and four types of PPC systems were studied, with three levels of unbalanced loads, three levels of variability coefficient for processing times and tive maximum WIP levels. A simulation tool was used in order to generate the models and run 1386 different scenarios. As a result, it could be noticed a strong interrelationship between the allocation criteria and the PPC systems. The research also showed, on the contrary of many studies on this subject, that for all the combination tested, none of capacity allocation criteria nor PPC systems stood out on the best option.

In the present fierce global competition, poor responsiveness, low flexibility to meet the uncertainty of demand, and the low efficiency of traditional assembly lines are adequate motives to persuade manufacturers to adopt highly flexible production tools such as cross-trained workers who move along the assembly line while carrying out their planned jobs at different stations [1]. Cross-trained workers can be applied in various models in assembly lines. A novel model which taken into consideration in many industries nowadays is called the linear walking worker assembly line and employs workers who travel along the line and fully assemble the product from beginning to end [2]. However, these flexible assembly lines consistently endure imbalance in their stations which causes a significant loss in the efficiency of the lines. The operational time variability is one of the main sources of this imbalance [3] and is the focus of this study which investigated the possibility of decreasing the mentioned loss by arranging workers with different variability in a special order in walking worker assembly lines. The problem motivation comes from the literature of unbalanced lines which is focused on bowl phenomenon. Hillier and Boling [4] indicated that unbalancing a line in a bowl shape could reach the optimal production rate and called it bowl phenomenon.  This study chose a conceptual design proposed by a local automotive company as a case study and a discrete event simulation study as the research method to inspect the questions and hypotheses of this research.  The results showed an improvement of about 2.4% in the throughput due to arranging workers in a specific order, which is significant compared to the fixed line one which had 1 to 2 percent improvement. In addition, analysis of the results concluded that having the most improvement requires grouping all low skill workers together. However, the pattern of imbalance is significantly effective in this improvement concerning validity and magnitude.