In this paper we proposed 0-1 integer programming formulation to model single batch processing machine. This problem deals with a set of jobs with non-identical sizes and processing times that has to be grouped to form batches according to the limited capacity of the machine. The processing time of a batch is the longest processing time of all jobs in the batch. The performance measure is the total time required to process all jobs (makespan). The formulation presented strengthens the model, i.e., it is closer to the optimal formulation than those proposed in the literature. Computational experiments demonstrate that the model is consistent and adequately represents the problem addressed. / Neste trabalho é proposta uma formulação de programação inteira 0-1 para modelar o problema de programação e dimensionamento de lotes de produção em máquina única. Este problema considera um conjunto de tarefas com diferentes tamanhos e tempos de processamento que devem ser agrupadas em lotes de acordo com a capacidade limitada da máquina. O tempo de processamento de um lote é determinado pelo maior tempo de processamento dentre todas as tarefas que compõem o lote. A medida de desempenho é o tempo total necessário para processar todas as tarefas (makespan). A formulação apresentada é mais forte, ou seja, mais próxima da formulação ideal do que aquelas propostas na literatura. Experimentos computacionais demonstram que o modelo é consistente e representa adequadamente o problema tratado.

abstract: In this thesis, a single-level, multi-item capacitated lot sizing problem with setup carryover, setup splitting and backlogging is investigated. This problem is typically used in the tactical and operational planning stage, determining the optimal production quantities and sequencing for all the products in the planning horizon. Although the capacitated lot sizing problems have been investigated with many different features from researchers, the simultaneous consideration of setup carryover and setup splitting is relatively new. This consideration is beneficial to reduce costs and produce feasible production schedule. Setup carryover allows the production setup to be continued between two adjacent periods without incurring extra setup costs and setup times. Setup splitting permits the setup to be partially finished in one period and continued in the next period, utilizing the capacity more efficiently and remove infeasibility of production schedule. The main approaches are that first the simple plant location formulation is adopted to reformulate the original model. Furthermore, an extended formulation by redefining the idle period constraints is developed to make the formulation tighter. Then for the purpose of evaluating the solution quality from heuristic, three types of valid inequalities are added to the model. A fix-and-optimize heuristic with two-stage product decomposition and period decomposition strategies is proposed to solve the formulation. This generic heuristic solves a small portion of binary variables and all the continuous variables rapidly in each subproblem. In addition, the case with demand backlogging is also incorporated to demonstrate that making additional assumptions to the basic formulation does not require to completely altering the heuristic. The contribution of this thesis includes several aspects: the computational results show the capability, flexibility and effectiveness of the approaches. The average optimality gap is 6% for data without backlogging and 8% for data with backlogging, respectively. In addition, when backlogging is not allowed, the performance of fix-and-optimize heuristic is stable regardless of period length. This gives advantage of using such approach to plan longer production schedule. Furthermore, the performance of the proposed solution approaches is analyzed so that later research on similar topics could compare the result with different solution strategies. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Industrial Engineering 2015

Submitted by WALTER RIBEIRO DA ROCHA JUNIOR null (walter.ribeiro82@gmail.com) on 2016-09-04T19:44:54Z No. of bitstreams: 1 ROCHA_JUNIOR, W.R..pdf: 2685376 bytes, checksum: b6d3e7345437be7187c981049cd5ccee (MD5) / Approved for entry into archive by Juliano Benedito Ferreira (julianoferreira@reitoria.unesp.br) on 2016-09-06T19:36:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rochajunior_wr_me_bauru.pdf: 2685376 bytes, checksum: b6d3e7345437be7187c981049cd5ccee (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-06T19:36:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rochajunior_wr_me_bauru.pdf: 2685376 bytes, checksum: b6d3e7345437be7187c981049cd5ccee (MD5) Previous issue date: 2016-07-06 / Problemas de dimensionamento de lotes são amplamente estudados na literatura e fazem parte de uma classe de problemas que envolvem decisões de planejamento da produção industrial. Basicamente, esses problemas consistem em definir uma estratégia para a utilização da capacidade de determinada estrutura fabril. As decisões envolvem quais produtos serão produzidos, em quais quantidades e em qual período, de forma a atender a demanda com a melhor rela- ção custo-benefício possível. Neste trabalho, propomos um modelo matemático para resolver o problema de programação de pedidos e dimensionamento de lotes de produção em indústrias de móveis seriados. O problema se caracteriza como multi itens, multiestágio e com demanda dinâmica determinística. O modelo matemático tem por objetivo minimizar os custos de produção no dimensionamento de lotes, considerando a capacidade finita do sistema produtivo. Testes foram realizados com dados fornecidos por uma empresa do setor moveleiro da cidade de Arapongas, Paraná. O modelo proposto foi implementado e resolvido utilizando um pacote de otimização. Resultados preliminares mostram-se significativamente melhores quando comparados com as programações utilizadas na prática da empresa, demonstrando a aderência de aplicações práticas de modelagem matemática em rotinas de planejamento de produção em empresas de fabricação de móveis seriados. / Lot sizing problems are widely studied in the literature and are part of a class of problems involving planning decisions of industrial production. Basically, these problems consist in defining a strategy for the capacity utilization of certain industrial structure. Decisions involve what products will be produced, in what quantities and at what period, in order to meet the demand with the best value for money possible. In this work, we propose a mathematical model for solving the problem of scheduling requests and dimensioning of production batches in series furniture industries. The problem is characterized as multi items, multistage and deterministic dynamic demand. The mathematical model is to minimize production costs in the lot sizing, considering the finite capacity of the production system. Tests were carried out with data provided by a company of the furniture sector in the city of Arapongas, Paraná. The proposed model was implemented and solved using an optimization package. Preliminary results show significantly better when compared to the settings used in the practice of the company, demonstrating adherence to mathematical modeling of practical applications in production planning routines in manufacturing series mobile companies.

Neste trabalho, abordamos métodos de resolução para o problema de dimensionamento de lotes que contempla o planejamento da produção de vários produtos em múltiplas máquinas. A fabricação dos produtos consome tempo de produção e preparação de uma capacidade de produção limitada. A demanda pelos produtos é conhecida e pode ser atendida com atraso durante um horizonte de planejamento finito. O objetivo é minimizar a soma dos custos de produção, preparação para a produção, estoque dos produtos e atraso na entrega destes. Em uma primeira etapa, desenvolvemos uma busca tabu determinística baseada em outra, aleatória, que foi apresentada na literatura. Com isso, realizamos uma análise sobre a influência de fatores aleatórios sobre heurísticas do tipo busca tabu quando aplicadas ao problema estudado. Posteriormente, desenvolvemos um método híbrido baseado em busca tabu, branch-and-cut e programação linear para a resolução do problema. Nos testes computacionais realizados, o método proposto mostrou-se competitivo quando comparado a outras heurísticas apresentadas na literatura / This paper proposes two methods to solve the capacitated lot-sizing problem with multiple products and parallel machines. The manufacturing of products consumes machines capacity (production time and setup time), which is scarce. The demand for the products is known and can be met with backlogging. The objective is to minimize the sum of production, setup, holding and backlog costs. In a first step, we developed a deterministic tabu search heuristic based on a random version from the literature and then conducted an analysis of the influence of random factors on tabu search heuristics when applied to solve the studied problem. Subsequently, we designed a hybrid method based on tabu search, branch-andcut and linear programming. Computational experiments show that this hybrid method is competitive with other heuristics presented in the literature

Neste trabalho foi estudado um problema de dimensionamento de lotes em uma indústria química brasileira, cujo objetivo era determinar o tamanho dos lotes dos produtos para atender às demandas, minimizando os custos produtivos. Os itens podem ser produzidos em máquinas paralelas distintas, através de diferentes processos, e devem ser armazenados em taques cativos, exclusivos a um produto, ou multipropósitos, compartilhado entre produtos, desde que não simultaneamente. Foram propostos dois modelos matemáticos de programação inteira mista para representar o problema, o primeiro apresentava uma função objetivo compreendendo o preço das matérias-primas consumidas nas reações, os gastos com a estocagem de produtos e o custo de descarte de produtos quando os tanques de armazenamento não tiverem capacidade suficiente para armazená-los, já o segundo estendendo este modelo para considerar custos de preparação de máquina. Experimentos computacionais com os modelos propostos, utilizando instâncias geradas a partir dos dados fornecidos pela empresa, mostraram que o software de otimização empregado foi capaz de resolver poucas instâncias, após uma hora de processamento. Portanto, foram propostas heurísticas construtivas do tipo LP-and-fix e relax-and-fix, além de heurísticas de melhoria do tipo fix-and-optimize. Após serem realizados testes com essas heurísticas, constatou-se que algumas proporcionaram a obtenção de soluções factíveis de boa qualidade, quando comparadas às obtidas pelo software, sendo ainda capazes de resolver um maior número de instâncias / In this dissertation the lot sizing problem in a chemical Brazilian industry was studied, with the goal to determine the products lot size to satisfy the demands, minimizing the production costs. The items can be produced on distinct parallel machines through different processes and then must be stored in exclusive tanks, used by only one product, or multipurpose tanks, when more than one product can use the tank, but not simultaneously. Two models were proposed to represent the problem, the first one aiming to minimize the price of raw material consumed in the reactions, storage product spending and the cost of discarting products when the storage tanks do not have enough capacity to store them, and the second one considering setup cost either. Computational experiments using the proposed models, with instances were generated from the data provided by the company, showed that the used optimization software was able to solve only few instances after processing for one hour. In this dissertation we propose constructives heuristics such LP-and-fix and relax-and-fix, and improving heuristics like fix-and-optimize. After performing the tests with those heuristics, it was found that some of them provided feasible solutions with good quality, when compared to the ones obtained by the software, and they were also able to solve a larger number of instances

Submitted by Celso Magalhaes (celsomagalhaes@ufrrj.br) on 2017-06-14T11:55:01Z No. of bitstreams: 1 2015 - Victor Arantes Nunes.pdf: 1279853 bytes, checksum: 4e3a1c98a99f707552712a3e8c4868c5 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-14T11:55:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015 - Victor Arantes Nunes.pdf: 1279853 bytes, checksum: 4e3a1c98a99f707552712a3e8c4868c5 (MD5) Previous issue date: 2015-07-30 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / This work seeks to highlight the importance of teaching probability in high school subject in which teachers usually have some difficulty in transmitting content to their students. It highlighted the relevance of probability, given its broad scope, either in Statistics, Physics or Engineering. A literature review, which approached the historical side of gambling and have also discussed the theoretical aspects of basic probability, essential for good understanding of the content was performed. Then analyzed thoroughly federal lotteries, as well as its characteristics, basic rules and odds of winning in each of them. Finally, this paper suggests a teaching methodology based on lotteries, with different educational activities, in order to motivate and facilitate the understanding of high school students and encourage teachers, escaping the traditional way of teaching / Esse trabalho procura destacar a import?ncia do ensino de Probabilidade no Ensino M?dio, assunto no qual geralmente os professores tem certa dificuldade em transmitir o conte?do aos seus alunos. ? destacada a relev?ncia da Probabilidade, dado seu vasto campo de aplica??o, seja na Estat?stica, F?sica ou na Engenharia. Foi realizada uma revis?o bibliogr?fica, onde abordou-se o lado hist?rico dos jogos de azar e tamb?m foram discutidos os aspectos te?ricos da probabilidade b?sica, essencial para a boa compreens?o do conte?do. Em seguida, analisou-se minuciosamente as loterias federais, assim como suas caracter?sticas, regras b?sicas e probabilidades de se vencer em cada uma delas. Por fim, o presente trabalho sugere uma metodologia de ensino baseada nos jogos lot?ricos, com atividades pedag?gicas diferenciadas, com o objetivo de motivar e facilitar o entendimento dos alunos do Ensino M?dio, bem como estimular os docentes, fugindo da forma tradicional de se lecionar

O problema integrado de programação de produção e dimensionamento de lotes em ambiente fowshop consiste em estabelecer tamanhos de lotes de produção e alocar máquinas para processá-los dentro de um horizonte de planejamento, em uma linha de produção com máquinas dispostas em série. O problema considera que a demanda deve ser atendida sem atrasos, que a capacidade das máquinas deve ser respeitada e que as preparações de máquinas são dependentes da sequência de produção e preservadas entre períodos do horizonte de planejamento. O objetivo é determinar uma programação de produção visando minimizar os custos de preparação de máquina, de produção e de estoque. Um modelo matemático da literatura é apresentado assim como procedimentos para obtenção de limitantes inferiores. Além disso, abordamos o problema por meio de distintas versões da metaheurística Times Assíncronos (A-Teams). Os procedimentos propostos foram comparados com heurísticas da literatura baseadas em Programação Inteira Mista (MIP). As metodologias desenvolvidas e os resultados obtidos são apresentados nesta dissertação / The integrated production scheduling and lot sizing problem in a fowshop environment consists in establishing production lot sizes and alocate machines to process them inside a planning horizon, in a production line with machines arranged in series. The problem considers that demand must be met without backlogging, the capacity of the machines must be respected, machine setup are sequence-dependent and preserved between periods of the planning horizon. The objective is to determine a production schedule to minimize the setup, production and inventory costs. A mathematical model from the literature is presented as well as procedures for obtaining lower bounds. In addition, we propose to address the problem through different versions of the metaheuristic Asynchronous Teams (A-Teams). The procedures were compared with literature heuristics based on Mixed Integer Programming (MIP). The developed methodologies and the obtained results are presented in this dissertation

A indústria de fundição produz uma vasta gama de itens com presença na cadeia produtiva de vários setores da economia. São gerados pelo setor, desde itens simples de uso doméstico até itens sofisticados, utilizados por indústrias de base e pelo setor de autopeças. Por ser um segmento muito importante para a economia brasileira, estudos visando melhorar sua eficiência são fundamentais para assegurar sua competitividade em relação ao cenário mundial. Segundo a literatura, um dos principais fatores que influenciam sua produtividade é o planejamento da produção. Nos últimos anos, os investimentos nesta área vem aumentando e tem recebido mais atenção do ponto de vista acadêmico. Esta dissertação aborda o planejamento da produção em fundições de pequeno porte, cujas principais decisões são: decidir quais ligas fundir nos fornos disponíveis e quais itens devem ser vazados a partir das ligas fundidas. Uma questão ainda não considerada na literatura é a obrigatoriedade de completar a produção de todos os itens de um pedido para que este seja considerado atendido e entregue ao cliente. No entanto, em muitos casos reais, um pedido não pode ser atendido parcialmente, ou seja, os itens que compõem esse pedido podem fazer parte de um mesmo item final. Em outros casos, o pedido pode ser atendido parcialmente, mas incorre-se em custos adicionais de expedição. Esta dissertação busca preencher esta lacuna, para tanto, propomos: (1) um modelo matemático para tratar o problema de planejamento da produção de pedidos em fundições de pequeno porte; (2) um modelo para tratar a possibilidade de múltiplas entregas para o problema estudado. Além disso, também é proposta uma heurística Relax-and Fix (relaxe-e-fixe) para a solução do problema integrado / The foundry industry produces plenty of different items present in various sectors of the economy. Such items range from simple household gadgets to sophisticated devices used by basic industries and the auto parts sector. This industry is important for the Brazilian economy and studies aiming at the improvement of its efficiency are fundamental to ensure its competitiveness worldwide. As highlighted in the literature, an important factor that influences the production in the sector is the produiction planning.; In recent years, the investments in this area have been increasing and more attention has been drawn by academic studies. This dissertation deals with the production planning in small foundries, whose major decisions are the determination of the alloys to the merged and items to be produced. A question that still has not considered in the literature is the obligation to complete the production of the orders to be delivered to the client. However, in many real cases, an order cannot bi partially delivered, that is, the pieces, which are parts of the order, may be pats of the final product. In other cases, the order may be partially delivered, but with additional expedition costs. In this dissertation the objective is close that question, so we propose: (1) a mathematical model for production-planning problem of complete orders for small foundry industry; (2) a mathematical model to treat the possibility of partial delivery to the sama problem. Furthermore, we proppose a Relax-and-Fix heuristic for the integrated model

O problema de dimensionamento de lotes determina um plano de produção que apoia às tomadas de decisões, a médio prazo, em meios industriais. Este plano de produção indica as quantidades de cada item que devem ser produzidas em cada período do horizonte de planejamento, de acordo com um objetivo dado e satisfazendo a demanda dos clientes. Diversos métodos de solução foram propostas na literatura, considerando a dificuldade de solução de algumas classes de problemas e a necessidade de métodos que gerem soluções de alta qualidade em um tempo computacional adequado. Neste trabalho, abordamos heurísticas baseadas na formulação matemática (LP-and-fix, relax-and-fix e fix-and-optimize), uma metaheurística (algoritmo de abelhas) e dois métodos híbridos, utilizados na solução de dois problemas distintos de dimensionamento de lotes multiestá- gio com limitação de capacidade. Consideramos também, a utilização de três formulações da literatura, para verificar a influência de cada uma sobre as abordagens de solução verificadas. Os resultados computacionais demonstraram que os métodos baseados na formulação matemática do problema se mostraram eficientes, mas limitados normalmente a ótimos locais, enquanto os métodos híbridos puderam superar estes ótimos locais, utilizando conceitos da metaheurística algoritmo de abelhas para isto. Além disso, pudemos verificar a influência de uma formulação \"forte\" sobre as soluções geradas pelas abordagens de solução, demonstrando que métodos baseados em relaxação linear conseguem obter maiores vantagens deste tipo de formulação, mas outras abordagens podem ou não obter estas vantagens, dependendo do problema abordado / The lot-sizing problem determines a production plan, which supports the decision making, in the medium term, at the industrial environment. This production plan indicates the amounts of each item to be produced in each period of the planning horizon, according to a given objective and satisfying customer\'s demand. Diverse solution methods have been proposed in the literature, considering the difficulty of solving some problem classes and the need of methods to generate solutions quickly. In this work, we develop matheuristics (LP-and-fix, relax-and-fix and fix-and-optimize), one metaheuristic (bees algorithm) and two hybrid methods, used to solve two different multilevel capacitated lot-sizing problems. We also consider the use of three different formulations of the literature to verify the influence of each one on the solutions approaches. The computational results show that the matheuristics proved to be efficient, but usually limited to local optima, while the hybrid methods could escape from these local optima, using concepts of bees algorithm to do this. Additionally, we test the effect of a tight formulation on the solutions approaches, demonstrating that LP-based heuristics can obtain further advantages from this type of formulation, but other approaches can take these advantages, depending on the problem addressed

Nessa dissertação apresentamos um problema de programação da produção, motivado por uma indústria alimentícia caracterizada pela perecibilidade dos produtos, sequenciamento da produção dos lotes e pela necessidade de sincronização de recursos escassos para operação das linhas de produção. Em indústrias desse ramo, existem altos custos associados a estocagem dos produtos, a fim de evitar sua perda, de modo que é essencial a boa gestão dos processos industriais e do estoque. Modelos matemáticos de programação inteira mista foram desenvolvidos para tratar o problema, bem como o estudo da inclusão de diversas restrições da literatura para o tratamento da perecibilidade. Testes computacionais foram realizados para as validações dos modelos matemáticos, entretanto, devido à dificuldade de determinar soluções de boa qualidade pelo solver de otimização, foram propostos métodos heurísticos baseados na formulação matemática. Com o objetivo de mostrar o desempenho das heurísticas, comparamos as suas performances na resolução de instâncias da literatura e exemplares baseados no cenário produtivo da indústria com os resultados do solver. / In this dissertation we present a lot sizing and scheduling problem motivated by a food industry characterized by the perishability of the products, sequencing the production of the lots and by the need of synchronization of scarce resources for the operation of the production lines. In this type of industry, there are high costs associated with stocking the products in order to avoid their loss, so that good management of industrial processes and inventory is essential. Mathematical models of mixed integer programming were developed to treat the problem, as well as the study of the inclusion of several restrictions of the literature for the treatment of perishability. Computational tests were performed for the validations of the mathematical models, however, due to the difficulty of determining solutions of good quality by the optimization solver, heuristic methods based on the mathematical formulation were proposed. In order to show the performance of the heuristics, we compare their performances in solving instances of the literature and exemplars based on the productive scenario of the industry with the results of solver.