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

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

Nous abordons dans cette thèse des problèmes de flowshop de permutation soumis des contraintes de délais minimaux et maximaux avec deux types de travaux principaux : 1. Nous avons modélisé, en utilisant l'algèbre MaxPlus, des problèmes de flowshop de permutation m-machines soumis une famille de contraintes : de délais minimaux, de délais maximaux, de sans attente, de délais fixes, de temps de montage indé- pendant de la séquence, de temps de démontage indépendant de la séquence, de blocage, de dates de début au plus tæt ainsi que de durées de latence. Des matrices caractérisant complètement leurs travaux associés ont été élaborées. Nous avons fait apparaître un problème central soumis des contraintes de délais minimaux et maximaux. 2. Nous avons élaboré des bornes inférieures pour le makespan et pour la somme (pondérée ou non) des dates de fin. Ces bornes inférieures ont été incorporées dans des procédures par séparation et évaluation. Nous avons généralisé les bornes inférieures de Lageweg et al. pour des contraintes quelconques et amélioré une borne inférieure de la littérature. L'utilisation de chacune de ces bornes inférieures ainsi que de leurs combinaisons ont été testées. Une famille de bornes inférieures pour la somme (pondérée ou non) des dates de fin a été élaborée basée sur la résolution d'un problème une machine et sur la résolution d'un problème de voyageur de commerce. Une politique de sélection de bornes inférieures a été proposée pour combiner les bornes inférieures. Bien qu'il s'agisse d'un problème de NP-difficile, l'efficacité de ces bornes inférieures a été vérifiée l'aide de tests. / In this thesis, permutation flowshop problems with minimal and maximal delay constraints were considered through two following principal tasks were particularly tackled. 1. In the first task, m-machine permutation flowshop problems with a family of constraints (minimal delays, maximal delays, no-wait, fixed delays, sequence-independent setup times, sequence-independent removal times, blocking, ready dates, duration of latency) were modeled using MaxPlus algebra. Job associated matrices which totally characterize these jobs were elaborated. The modeling led to reveal a central problem with constraints of minimal and maximal delays. 2. In the second task, lower bounds for makespan and for total (weighted or unweighted) completion times were elaborated. These lower bounds were incorporated in branchand-bound procedures. The lower bounds of Lageweg et al. were generalized for any constraint and a existed lower bound was improved. The usage of each of these lower bounds as well as that of their combinations was tested. A family of lower bounds for total (weighted or non-weighted) completion times was elaborated thanks to the solution of a one-machine problem and the solution of a traveling salesman problem. A lower bound selection strategy was proposed in order to combine these lower bounds. Despite necessity to solve a NP-hard problem, the effectiveness of these lower bounds was verified by numerical tests.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:53:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LUGO_Pedro_2013.pdf: 2147400 bytes, checksum: a0c7948826b7f243c447b99fd96c3388 (MD5) Previous issue date: 2013-09-12 / Financiadora de Estudos e Projetos / This research studies the hybrid flowshop scheduling problem. In this production configuration, we have a set of jobs that has to be processed in a set of stages. At every stage we have a set of parallel machines available to process the jobs. All jobs have to be processed following the same production flow, from the first to the last stage. Every job has to be processed on one machine at each stage and each machine can process at most one job at a time. Some constraints commonly found in real production systems as unrelated parallel machines, limited buffers, sequence-dependent setup times (both anticipatory and non-anticipatory), machine eligibility, transportation times and release times for machines are also taken into account. The optimization criterion is the makespan, whose minimization is related to the efficient use of production resources. A mixed integer programming model is proposed and solved by the commercial solver CPLEX. The computational evaluation results indicate that the model is suitable just to solve instances up to nine jobs and five stages. Therefore, to solve larger instances (50-100 jobs), several heuristics and an iterated local search (ILS) algorithm are proposed and evaluated computationally. The results indicate that the ILS is able to obtain good quality solutions in short computation times. / Este trabalho estuda o problema de programação da produção em sistemas Flowshop híbrido. Nesta configuração de produção há um conjunto de tarefas que deve ser processado em um conjunto de estações, nas quais um determinado número de máquinas paralelas encontra-se disponível para o processamento das tarefas. Todas as tarefas devem ser processadas seguindo o mesmo fluxo de produção, desde a primeira até a última estação. Cada tarefa deve ser processada em uma máquina de cada estação e cada máquina pode processar, no máximo, uma tarefa por vez. Algumas restrições comumente encontradas em sistemas de produção reais, como máquinas paralelas não relacionadas, buffers limitados, tempos de preparação dependentes da sequência (antecipatórios e não antecipatórios), elegibilidade de máquinas, tempos de transporte e tempos de liberação das máquinas, também são consideradas. O critério de otimização é o makespan, cuja minimização está diretamente relacionada com a utilização eficiente dos recursos de produção. Um modelo de programação inteira mista é proposto e resolvido através do solver comercial CPLEX. Os resultados da avaliação computacional indicam que o modelo é viável somente para resolver instâncias de até nove tarefas e cinco estações. Desta forma, para resolver instâncias de maior tamanho (50-100 tarefas), várias heurísticas e uma meta-heurística de busca local iterada (ILS, Iterated Local Search) são propostas e avaliadas computacionalmente. Os resultados indicam que o ILS é capaz de obter soluções de boa qualidade em curtos tempos computacionais.

Cette thèse traite des lignes de traitement de surface qui sont des lignes dans lesquelles les pièces sont immergées dans une succession de cuves. Chaque cuve contient des bains qui affectent les propriétés mécaniques ou électriques des pièces. Ce type de ligne est utilisé, par exemple, pour la galvanoplastie. Les pièces sont montées sur des porteurs et transportées d'une cuve à l'autre par un robot. Le temps opératoire (ou temps pendant lequel la pièce reste dans la cuve) est borné. La borne inférieure est le temps minimum qui permet le traitement et la borne supérieure dépend du type de traitement (attaque acide, rinçage...).<br />Un objectif classique est de trouver les mouvements du robot qui maximisent la productivité, ce problème est communément appelé “hoist scheduling problem” (HSP). Lors de ce travail nous nous sommes attachés à une production cyclique. Nous avons proposé dans le cas d'une ligne à deux cuves une méthode permettant d'obtenir les cycles optimaux. Nous avons démontré, pour le cas d'une ligne équilibrée à trois cuves pour une production mono-produit, les caractéristiques des cycles optimaux ainsi qu'une méthode pour les obtenir. Ensuite, nous avons étudié le problème sur quatre machines dans le cas où les temps de trempe sont égaux et sans attente. Nous avons proposé les cycles optimaux dans le cas d'une production mono-produit. Enfin nous avons proposé une conjecture sur les cycles optimaux et en avons démontré certaines parties, dans le cas d'une ligne équilibrée avec un nombre de cuves quelconque et où les marges sur les temps de process sont nulles.

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O sequenciamento e a programação da produção trazem grandes benefícios financeiros às empresas se realizados de forma adequada. Atualmente, soluções generalizadas apresentam resultados aceitáveis, porém têm como consequência benefícios inferiores quando comparados a estudos específicos. O ramo da otimização de resultados possui dois tipos de soluções: as exatas para problemas de menores dimensões e não exatas, ou heurísticas, para problemas de médias e grandes dimensões. Este trabalho apresenta algoritmos exatos do tipo Branch & Bound e Modelos de Programação Linear Inteira Mista para solucionar quatro variações de problemas de scheduling: Fm|block|&sum;Cjm, Fm|block|&sum;Tj, Fm|block, Sijk|&sum;Cjm e Fm|block, Sijk|&sum;Tj. As abordagens utilizadas são inéditas na literatura e apresentaram resultados animadores para a maioria dos cenários. O limitante para o tempo total de fluxo obteve resposta ótima em 100% dos casos para problemas de até 20 tarefas e 4 máquinas em menos de uma hora. Para o tempo total de atraso, o limitante se mostrou mais eficiente quando os valores das due dates apresentam alta taxa de dispersão. Para os casos com setup, foram elaboradas três variações de limitantes para cada problema. O limitante com setup que apresentou o melhor desempenho foi o que obteve a melhor relação entre o seu valor numérico e seu custo computacional. Os modelos MILP solucionaram 100% dos problemas sem setup para até 20 tarefas e 4 máquinas e para os casos com setup, foram solucionados problemas de até 14 tarefas e 4 máquinas no tempo limite de uma hora. Os testes computacionais mostram a eficiência na redução do número de nós e, consequentemente, no tempo de execução. Portanto, o estudo realizado indica que, para problemas de pequeno porte e médio, os métodos em questão possuem grande potencial para aplicações práticas. / Job Sequence and Programming give benefits both financial and organizational to any company when performed properly. Nowadays, there is still a gap between theory and practice due to solutions that are short in specification. The analyzed problems differ in type and dimension thus modifying its complexity. The results optimization field is divided into two types of solution: the exact solution for minor problems and the non-exact solution for greater dimension problems. The present paper presents exact algorithms to solve the problems Fm|block|&sum;Cjm, Fm|block|&sum;Tj, Fm|block, Sijk|&sum;Cjm by the Branch & Bounds and Mixed Integer Linear Program models. The approaches are new and presented good results for most cases. Bounds for the no-setup total flow time scenario solved 100% of the 20 jobs and 4 machines cases. High dispersion range due dates contributed for the effectiveness of the no-setup total tardiness bound\'s effectiveness. Three different approaches were developed for the setup cases. The best approach aimed to optimize the value/effort factor for the B&B. The Mixed Integer Linear Program models solved 100% of the no-setup cases for 20 jobs and 4 machines. The MILPs setup cases solved optimally 14 jobs and 4 machines cases. Computational tests were executed and analyzed and they highlighted the node count reduction and, consequently, the execution time. The present study points out that the exact methods can be applied to small and medium scheduling problems in practice.