CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de NÃvel Superior / Neste trabalho foram tratados dois problemas: o primeiro à denominado Continuous Permutation Flowshop Scheduling Problem (CPFSP), que possui a restriÃÃo de que nenhuma tarefa pode esperar por processamento entre mÃquinas consecutivas; o segundo à denominado de Permutation Flowshop Scheduling Problem (PFSP), em que a restriÃÃo anterior nÃo existe. A metaheurÃstica Algoritmo GenÃtico (AG) tem sido aplicada com sucesso ao PFSP, mas atà o momento nÃo foi encontrado na literatura algo que mostre que o AG à um bom mÃtodo para o CPFSP. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um AG eficiente paras esses dois problemas, mas que nÃo precisa utilizar inicializaÃÃo eficiente e/ou hibridizaÃÃo com outra tÃcnica de busca. O desenvolvimento do AG proposto levou em consideraÃÃo as caracterÃsticas, diversificaÃÃo e a intensificaÃÃo, que inspiraram a criaÃÃo de trÃs procedimentos que melhoraram o desempenho do AG proposto. Foram realizados vÃrios experimentos com as instÃncias de Taillard (1993), Reeves (1995) e Heller (1960). Os resultados foram comparados com outros mÃtodos encontrados na literatura. Foram construÃdos polinÃmios com a utilizaÃÃo de InterpolaÃÃo Lagrangeana para determinar o tempo execuÃÃo do AG proposto. Por fim, o mÃtodo foi aplicado num problema real. Os resultados mostraram que o AG proposto à o melhor mÃtodo para o CPFSP e que fica muito prÃximo do melhor AG encontrado na literatura com inicializaÃÃo eficiente para o PFSP

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.

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.

Os processos industriais de produção exigem uma programação da produção efetiva. Essa atividade consiste da alocação dos recursos produtivos, a fim de executar tarefas determinadas por um período de tempo definido. Programar a produção é uma das atividades mais complexas do Planejamento da Produção, pois existem diferentes tipos de recursos a serem administrados simultaneamente. E também a quantidade de possíveis soluções aumenta exponencialmente com o aumento da quantidade de tarefas e máquinas presentes no sistema. A proposta deste trabalho é apresentar um método heurístico construtivo para a solução de problemas flow shop permutacional. A função-objetivo utilizada é a minimização do tempo total da programação (makespan). O algoritmo foi desenvolvido com base no melhor algoritmo construtivo presente na literatura, e os resultados obtidos são discutidos e analisados com base na porcentagem de sucesso, desvio relativo médio e tempo médio de computação. / Industrial productive processes demand an effective production scheduling. These activities consist in allocating the productive resources in order to execute determined jobs for a established period of time. Scheduling the production is one of the most complex activities involved in Planning the Production because there are different kinds of resources to be managed simultaneously. Furthermore, the amounts of feasible solutions increase exponentially as the number of jobs and machines in large systems. This dissertation presents a constructive heuristic method to solve the permutational flow shop problem. The evaluation criterion is the total production elapsed time (makespan). The developed algorithm was based on the best algorithm found in the literature, the results are analysed based on the success rate, mean relative deviation and computing time.

Este trabalho é direcionado ao problema de Programação de Operações No-Idle Flow Shop Permutacional. Uma propriedade do problema, oriunda de estudo sobre a sua característica, é apresentada e utilizada para o desenvolvimento de um novo método heurístico construtivo, com o objetivo de minimizar a Duração Total da Programação (makespan). O novo método é comparado com os melhores heurísticos construtivos reportados na literatura, conhecidos por IG, KK e FRB3. Os resultados da experimentação computacional mostraram o melhor desempenho do método proposto, denominado BHBN, para os problemas testes de Ruiz et al. (2008) e Taillard (1993), quanto à qualidade da solução, apresentando também eficiência computacional. / This work is addressed to the No-Idle Flow Shop Sequencing problem. As a result of an investigation on the problem characteristics it is presented a property of this scheduling problem, which is used for the development of a new constructive heuristic with the objective of minimizing the Total Time to complete the schedule (makespan). The new method is compared with the best constructive heuristics reported in the literature, named IG, KK and FRB3. Results from computational experience showed the best performance of the proposed method, denoted by BHBN, for the instances of Ruiz et al. (2008) and Taillard (1993), as to the quality of the solution, and also computational efficiency.

Este trabalho é direcionado ao problema de Programação de Operações No-Idle Flow Shop Permutacional. Uma propriedade do problema, oriunda de estudo sobre a sua característica, é apresentada e utilizada para o desenvolvimento de um novo método heurístico construtivo, com o objetivo de minimizar a Duração Total da Programação (makespan). O novo método é comparado com os melhores heurísticos construtivos reportados na literatura, conhecidos por IG, KK e FRB3. Os resultados da experimentação computacional mostraram o melhor desempenho do método proposto, denominado BHBN, para os problemas testes de Ruiz et al. (2008) e Taillard (1993), quanto à qualidade da solução, apresentando também eficiência computacional. / This work is addressed to the No-Idle Flow Shop Sequencing problem. As a result of an investigation on the problem characteristics it is presented a property of this scheduling problem, which is used for the development of a new constructive heuristic with the objective of minimizing the Total Time to complete the schedule (makespan). The new method is compared with the best constructive heuristics reported in the literature, named IG, KK and FRB3. Results from computational experience showed the best performance of the proposed method, denoted by BHBN, for the instances of Ruiz et al. (2008) and Taillard (1993), as to the quality of the solution, and also computational efficiency.

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Os processos industriais de produção exigem uma programação da produção efetiva. Essa atividade consiste da alocação dos recursos produtivos, a fim de executar tarefas determinadas por um período de tempo definido. Programar a produção é uma das atividades mais complexas do Planejamento da Produção, pois existem diferentes tipos de recursos a serem administrados simultaneamente. E também a quantidade de possíveis soluções aumenta exponencialmente com o aumento da quantidade de tarefas e máquinas presentes no sistema. A proposta deste trabalho é apresentar um método heurístico construtivo para a solução de problemas flow shop permutacional. A função-objetivo utilizada é a minimização do tempo total da programação (makespan). O algoritmo foi desenvolvido com base no melhor algoritmo construtivo presente na literatura, e os resultados obtidos são discutidos e analisados com base na porcentagem de sucesso, desvio relativo médio e tempo médio de computação. / Industrial productive processes demand an effective production scheduling. These activities consist in allocating the productive resources in order to execute determined jobs for a established period of time. Scheduling the production is one of the most complex activities involved in Planning the Production because there are different kinds of resources to be managed simultaneously. Furthermore, the amounts of feasible solutions increase exponentially as the number of jobs and machines in large systems. This dissertation presents a constructive heuristic method to solve the permutational flow shop problem. The evaluation criterion is the total production elapsed time (makespan). The developed algorithm was based on the best algorithm found in the literature, the results are analysed based on the success rate, mean relative deviation and computing time.

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.