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.