Este trabalho trata o problema multi-estágios de programação da produção em ambientes Flow Shop com máquinas paralelas, apresentando um estágio de produção dominante (máquina única), no qual os tempos de preparação (setup) da máquina são assimétricos e dependentes da seqüência de execução das tarefas. Tal ambiente é constituído de k estágios de produção, com k = {4, 7}, divididos em três etapas assim definidas: na etapa um, o número de estágios de produção pode variar de um até cinco e cada estágio será constituído de m1 máquinas paralelas idênticas , com m1 &#8712 {2, 3, 4}, o que determina m1 flow shops paralelos. A etapa dois constitui o estágio dominante d, cuja localização oscila dependendo do número de estágios das etapas um e três. Por ultimo, a etapa três, semelhante à etapa um, possui m2 máquinas paralelas idênticas, onde m2 &#8712 {2, 3, 4} e m1 e m2 são gerados aleatoriamente. Todas as tarefas são processadas nas três etapas e o critério de desempenho é a otimização da duração total da programação (makespan) e também a análise do deslocamento do estágio dominante. A programação das tarefas é feita separadamente em cada uma das etapas. Na primeira etapa foi utilizado o método heurístico N&M para cada um dos m1 flow shops paralelos. Para segunda etapa foram desenvolvidos quatro regras e dois métodos heurísticos construtivos com base nos problemas do caixeiro viajante (TSP). Na última etapa, a alocação das tarefas é feita por ordem de chegada na máquina disponível ou com menor carga. Não foram encontrados na literatura trabalhos que retratassem ambientes dessa natureza, logo os métodos desenvolvidos foram comparados entre si. A experimentação computacional analisou os resultados obtidos por meio da porcentagem de sucesso de cada regra, desvio relativo entre os resultados de cada regra, deslocamento da posição do estágio dominante, influência das ordens de grandeza dos tempos de processamento e setup e tempo médio de computação. / This dissertation deals with problem multi-periods of production scheduling of the in Flow Shop environment with parallel machines, presenting a period of dominant production (single machine), in which the setup times for the processing of the jobs is asymmetric and sequence dependent on the execution of the jobs. Such environment is constituted by k periods of production, with k = {4, 7} divided in to three stages defined as: First stage: In stage one the number of production periods can vary from one to five, and each period will be constituted of m1 &#8712 {2, 3, 4} identical parallel machines, determining m1 parallel flow shops. Stage two - It constitutes the dominant period d, whose localization oscillates between the periods of stages one and three. Finally stage three it is similar to stage one, and has m2 &#8712 {2, 3, 4} identical parallel machines, where m1 and m2 Randomly generated. All the jobs are processed in the three stages and the objective is to optimize the total time to complete the scheduling (makespan) and also to analyze the displacement of the dominant period position. The scheduling of the jobs was performed separately in each of the stages. In the first stage the heuristic method N&M was used for each m1 parallel flow shops. In the second stage four constructive rules and two heuristic methods were developed based on traveling salesman problems (TSP). In the last stage the allocation of the jobs was performed according to the arrival time of the available machine or with lesser load. This type of work has not been found in literature; therefore the developed methods were compared among themselves. The statistics used in order to evaluate the heuristic performances were the percentage of success (in finding the best solution), relative deviation and average computational time. The displacement of the dominant period position as well as the influence of the relation of setup-times and processing-times, were also studied. The results of computational experience are discussed.

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|∑Cjm, Fm|block|∑Tj, Fm|block, Sijk|∑Cjm e Fm|block, Sijk|∑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|∑Cjm, Fm|block|∑Tj, Fm|block, Sijk|∑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.

O problema do sequenciamento da produção diz respeito à alocação das tarefas nas máquinas em um ambiente de fabricação, o qual vem sendo amplamente estudado. O sequenciamento pode variar em tamanho e complexidade dependendo do tipo de ambiente onde ele é aplicado, do número e tipos de restrições tecnológicas e da função objetivo do problema. A utilização de métodos de decisão para a solução de problemas de sequenciamento na indústria depende de modelos que sejam capazes de oferecer soluções para os problemas reais, que geralmente envolvem diversas restrições, os quais devem ser considerados simultaneamente. No presente trabalho o problema de sequenciamento da produção em ambientes flow shop permutacionais, com bloqueio com buffer zero, e com tempos de setup dependente da sequência e da máquina, com o objetivo de minimização do makespan é estudado, sendo este considerado um problema NP-Completo. O problema é pouco explorado na literatura. No presente trabalho é apresentado um procedimento de cálculo para o makespan e três métodos de solução para o problema: quatro limitantes inferiores para o procedimento Branch-and-Bound; quatro modelos MILP, sendo dois deles adaptados; e 28 modelos heurísticos construtivos adaptados para o problema. Os métodos desenvolvidos baseiam-se em propriedades matemáticas do problema que são apresentadas neste trabalho como limitante inferior e limitante superior. Dentre todos os modelos MILP, o modelo adaptado RBZBS1 obteve os melhores resultados para os problemas menores e o modelo desenvolvido TNZBS1 obteve os melhores desvios relativos médios do makespan para os problemas maiores, que não foram resolvidos dentro do limite de tempo computacional estipulado. O limitante inferior para o Branch-and-Bound LBTN2 foi melhor que os demais tanto no tempo computacional e no número de nós explorados como também no número de problemas não resolvidos e no desvio relativo médio do makespan. Foi realizado uma comparação entre o melhor modelo MILP e o melhor limitante inferior para o Branch-and-Bound, sendo que o último obteve melhores resultados para os problemas testados. Entre os métodos heurísticos adaptados, o PF foi o que obteve, de uma forma geral, os melhores resultados em todas as fases. / Production scheduling is defined as a problem of allocating jobs in machines in a production environment and it has been largely studied. The scheduling can vary in difficulty and complexity depending on the environment, the variety and types of technological restraints and the objective function of the problem. The use of decision making methods to solve scheduling problems in the industry needs models that are capable to solve real problems, that usually involve a big variety of restraints that have to be simultaneously studied. At the present work the scheduling problem in a permutational flow shop environment, considering blocking with zero buffer, and sequence and machine dependent setup times, with the objective of minimizing makespan is studied, which is considered a NP-Complete problem and little explored in literature. The work presents a calculation procedure for the makespan and three solution methods for the problem: four lower bounds for the Branch-and-Bound procedure; four MILP models, two of which are adapted; and 28 constructive heuristic methods adapted to the problem. The methods developed are based on mathematical properties of the problem that are presented in this work as a lower bound and an upper bound. Among all the MILP models, the adapted model RBZBS1 was the one to obtain the best results for the smaller problems, and the developed model TNZBS1 obtained the smallest mean relative deviation of the makespan for the bigger problems that were not solved within the specified computational time limit. The lower bound for the Branch-and-Bound LBTN2 obtained smaller computational times and number of explored nodes as well as the number of unsolved problems and the mean relative deviation for the makespan than all other lower bounds. Also, a comparison among the best MILP model and the best lower bound for the Branch-and-Bound was performed, being that the last obtained better results for the tested problems. Among the adapted heuristic methods, the PF heuristic was the one that obtained, in general, the better results in all phases.

O problema do sequenciamento da produção diz respeito à alocação das tarefas nas máquinas em um ambiente de fabricação, o qual vem sendo amplamente estudado. O sequenciamento pode variar em tamanho e complexidade dependendo do tipo de ambiente onde ele é aplicado, do número e tipos de restrições tecnológicas e da função objetivo do problema. A utilização de métodos de decisão para a solução de problemas de sequenciamento na indústria depende de modelos que sejam capazes de oferecer soluções para os problemas reais, que geralmente envolvem diversas restrições, os quais devem ser considerados simultaneamente. No presente trabalho o problema de sequenciamento da produção em ambientes flow shop permutacionais, com bloqueio com buffer zero, e com tempos de setup dependente da sequência e da máquina, com o objetivo de minimização do makespan é estudado, sendo este considerado um problema NP-Completo. O problema é pouco explorado na literatura. No presente trabalho é apresentado um procedimento de cálculo para o makespan e três métodos de solução para o problema: quatro limitantes inferiores para o procedimento Branch-and-Bound; quatro modelos MILP, sendo dois deles adaptados; e 28 modelos heurísticos construtivos adaptados para o problema. Os métodos desenvolvidos baseiam-se em propriedades matemáticas do problema que são apresentadas neste trabalho como limitante inferior e limitante superior. Dentre todos os modelos MILP, o modelo adaptado RBZBS1 obteve os melhores resultados para os problemas menores e o modelo desenvolvido TNZBS1 obteve os melhores desvios relativos médios do makespan para os problemas maiores, que não foram resolvidos dentro do limite de tempo computacional estipulado. O limitante inferior para o Branch-and-Bound LBTN2 foi melhor que os demais tanto no tempo computacional e no número de nós explorados como também no número de problemas não resolvidos e no desvio relativo médio do makespan. Foi realizado uma comparação entre o melhor modelo MILP e o melhor limitante inferior para o Branch-and-Bound, sendo que o último obteve melhores resultados para os problemas testados. Entre os métodos heurísticos adaptados, o PF foi o que obteve, de uma forma geral, os melhores resultados em todas as fases. / Production scheduling is defined as a problem of allocating jobs in machines in a production environment and it has been largely studied. The scheduling can vary in difficulty and complexity depending on the environment, the variety and types of technological restraints and the objective function of the problem. The use of decision making methods to solve scheduling problems in the industry needs models that are capable to solve real problems, that usually involve a big variety of restraints that have to be simultaneously studied. At the present work the scheduling problem in a permutational flow shop environment, considering blocking with zero buffer, and sequence and machine dependent setup times, with the objective of minimizing makespan is studied, which is considered a NP-Complete problem and little explored in literature. The work presents a calculation procedure for the makespan and three solution methods for the problem: four lower bounds for the Branch-and-Bound procedure; four MILP models, two of which are adapted; and 28 constructive heuristic methods adapted to the problem. The methods developed are based on mathematical properties of the problem that are presented in this work as a lower bound and an upper bound. Among all the MILP models, the adapted model RBZBS1 was the one to obtain the best results for the smaller problems, and the developed model TNZBS1 obtained the smallest mean relative deviation of the makespan for the bigger problems that were not solved within the specified computational time limit. The lower bound for the Branch-and-Bound LBTN2 obtained smaller computational times and number of explored nodes as well as the number of unsolved problems and the mean relative deviation for the makespan than all other lower bounds. Also, a comparison among the best MILP model and the best lower bound for the Branch-and-Bound was performed, being that the last obtained better results for the tested problems. Among the adapted heuristic methods, the PF heuristic was the one that obtained, in general, the better results in all phases.

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|∑Cjm, Fm|block|∑Tj, Fm|block, Sijk|∑Cjm e Fm|block, Sijk|∑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|∑Cjm, Fm|block|∑Tj, Fm|block, Sijk|∑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.