Thesis (M.S.)--Ohio University, June, 2007. / Title from PDF t.p. Includes bibliographical references.

Organizações eficientes são aquelas que conseguem manter equilibradas as vertentes de qualidade, custo e tempo. Em relação ao último, existem várias etapas da cadeia produtiva nas quais o tempo deve ser monitorado. Quando a programação da produção nas indústrias não é priorizado, pode-se incorrer vários efeitos negativos. Um deles, é o atraso em relação à data de entrega, no qual a corporação pode sofrer penalidades financeiras, além de uma exposição negativa para a marca, a qual pode ter sua credibilidade contestada. Dessa forma, essa pesquisa tem por objetivo propor métodos construtivos, que minimize a medida de desempenho total tardiness (atraso total). Para aproximar o método à realidade vivenciada pelas indústrias, será considerada a restrição de manutenção preventiva. Além disso, o ambiente de estudo será o contexto de no-wait flowshop, no qual as tarefas são processados continuamente e sem que haja interrupções entre uma operação e outra de uma mesma tarefa. Além da proposição de métodos construtivos para a resolução do problema, apresenta-se uma metaheurística como forma de demostrar como pode-se aprimorar os resultados gerado pelos métodos construtivos. Experimentações computacionais foram elaboradas e realizadas para comparação dos algoritmos. Dentre as heurísticas construtivas a que apresentou melhor desempenho foi a \"EDD + NEH + LS1 + LS2\'\', na qual utiliza uma lógica de inserção. A metaheurística proposta é baseada no procedimento IG (iterated greedy), sendo que há melhora de resultado em relação as heurísticas construtivas. Assim, espera-se que essa pesquisa possa ser utilizada e aplicada pela indústria de manufatura para aumentar a efetividade da programação da produção. / Efficient organizations are those that manage to keep the quality, cost and time strands balanced. With respect to the variable time, there are several stages of the production chain in which it must be monitored. When scheduling in companies is not prioritized, several negative effects incur. One of them is the delay in relation to the due date, for which the corporation can suffer financial penalties, in addition to a negative exposure to the brand, which may have its credibility challenged. Therefore, this research aims to propose constructive methods, which minimizes the performance criterion of total tardiness. In order to approximate the method to the reality of the industries, preventive maintenance constraints will be considered. And the environment of the study will be the no-wait flowshop, in which jobs are processed continuously and without interruptions between one operation and another of the same job. In addition to proposing constructive methods to solve the problem, a metaheuristic is presented as a way of demonstrating how to improve the results generated by the constructive methods. Computational experiments were elaborated and performed for comparison of the algorithms. Among the constructive heuristics that presented the best performance was \"EDD + NEH + LS1 + LS2\", in which it uses an insertion logic. The proposed metaheuristic is based on the IG (iterated greedy) procedure, and there is an improvement of the result in relation to the constructive heuristics. Thus, it is expected that this research can be used and applied by the manufacturing industry to increase the effectiveness of scheduling.

[pt] Simulações de Ambientes Virtuais (VES) são um tipo especial de simulação, normalmente utilizado para implementar jogos ou jogos sérios com representação em espaço virtual e utilizando a técnicas de avanço do tempo de simulação para o próximo evento ou dirigida por tempo. Um exemplo de uso é a aplicação em simulações de apoio a Jogos de Guerra. O uso de Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes (MABS) para implementar VES é adequado devido a possibilidade de modelar e implementar o sistema com ênfase nos atores e seus comportamentos dinâmicos. Contudo, quando os agentes da simulação passam a controlar o avanço do tempo de simulação de forma individualizada, surge uma situação semelhante á simulação paralela, o que implica na necessidade de tratar questões como disputa por recursos computacionais pelos agentes, atrasos em tempo de execução e a perda de consistência da própria simulação. A situação torna-se mais complicada em sistemas desenvolvidos com Java, devido a particularidades desta tecnologia. Este trabalho apresenta uma abordagem para controlar estes atrasos em tempo de execução e assim apoiar o desenvolvimento de VES utilizando MABS com Java. / [en] Virtual Environment Simulations (VES) are a special type of simulation, often used to implement games and serious games with virtual space representation and using both the next-event or stepped–time simulation time advance approach. An example of serious games is the simulation used to support War Games. Multiagent Based Simulation (MABS) are suitable to implement these simulations because of their ability to handle with complexity and individual actors modeling. However, when agents are responsible for advance their own simulation time, a situation similar to a parallel simulation arises. This implies in treat issues such as delays in performing scheduled actions (i.e tardiness) and its consequences in the virtual space representations. This situation is worst in Java based MABS, because of Java technology particularities. This work presents an approach to tame this tardiness and help the development of these cited VES using agent oriented paradigm.

O presente trabalho aborda o problema de determinação de datas de entrega e o sequenciamento de tarefas com tempos de processamento estocásticos. O ambiente considerado constitui em uma máquina simples e tarefas com custos individuais e distintos de adiantamento e atraso de entrega (earliness e tardiness ou simplesmente E/T). O objetivo é determinar a sequência e as datas de entrega ótimas que simultaneamente minimizam o custo total esperado de E/T. Para a determinação de sequências candidatas, são apresentadas diversas heurísticas construtivas com tempo de execução polinomial baseadas em um método de inserção de tarefas. Considerando tarefas com distribuição normal, experimentos computacionais comprovam a eficácia dos algoritmos para problemas de menor porte, os quais fornecem soluções ótimas em 99,85% dos casos avaliados. Quando aplicadas a um conjunto com uma maior quantidade de tarefas, as heurísticas apresentaram resultados melhores do que o algoritmo disponível na literatura em mais de 80% dos casos. Consideradas tarefas com distribuição lognormal, obteve-se um percentual de otimalidade entre 93,87% e 96,45%, a depender da heurística aplicada. Demonstra-se ainda para o caso com distribuição normal que os métodos propostos são assintoticamente ótimos e, portanto, são indicados para a resolução de problemas de grande porte. / This work addresses the problem of concurrent due-date assignment and sequencing of a set of jobs on a stochastic single-machine environment with distinct job earliness and tardiness penalty costs. It is assumed that the jobs processing times are statistically independent and follow a normal distribution whose mean and variance are provided and they are not necessarily integer values. The objective is to determine the job sequence and the integer due dates which minimize the expected total earliness and tardiness costs. Several efficient insertion-based construction heuristics are proposed in order to find candidates for the optimal sequence with polynomial time complexity. For the normal distribution problem, numerical experiments show that the proposed heuristic methods are able to find the optimal solution in 99,85% when applied to problems with a smaller size. When applied to problems with a bigger size, the solutions found by the proposed heuristics had better costs than the solutions described in the literature in more than 80% of cases. For the lognormal distribution problem, the proposed heuristic methods provided solutions with a percentage of optimality between 93,87% and 96,45%. Furthermore, for the normal distribuition case, it was proven that the heuristics are asymptotically optimal, i.e., it can be used for problems of any size.

O presente trabalho aborda o problema de determinação de datas de entrega e o sequenciamento de tarefas com tempos de processamento estocásticos. O ambiente considerado constitui em uma máquina simples e tarefas com custos individuais e distintos de adiantamento e atraso de entrega (earliness e tardiness ou simplesmente E/T). O objetivo é determinar a sequência e as datas de entrega ótimas que simultaneamente minimizam o custo total esperado de E/T. Para a determinação de sequências candidatas, são apresentadas diversas heurísticas construtivas com tempo de execução polinomial baseadas em um método de inserção de tarefas. Considerando tarefas com distribuição normal, experimentos computacionais comprovam a eficácia dos algoritmos para problemas de menor porte, os quais fornecem soluções ótimas em 99,85% dos casos avaliados. Quando aplicadas a um conjunto com uma maior quantidade de tarefas, as heurísticas apresentaram resultados melhores do que o algoritmo disponível na literatura em mais de 80% dos casos. Consideradas tarefas com distribuição lognormal, obteve-se um percentual de otimalidade entre 93,87% e 96,45%, a depender da heurística aplicada. Demonstra-se ainda para o caso com distribuição normal que os métodos propostos são assintoticamente ótimos e, portanto, são indicados para a resolução de problemas de grande porte. / This work addresses the problem of concurrent due-date assignment and sequencing of a set of jobs on a stochastic single-machine environment with distinct job earliness and tardiness penalty costs. It is assumed that the jobs processing times are statistically independent and follow a normal distribution whose mean and variance are provided and they are not necessarily integer values. The objective is to determine the job sequence and the integer due dates which minimize the expected total earliness and tardiness costs. Several efficient insertion-based construction heuristics are proposed in order to find candidates for the optimal sequence with polynomial time complexity. For the normal distribution problem, numerical experiments show that the proposed heuristic methods are able to find the optimal solution in 99,85% when applied to problems with a smaller size. When applied to problems with a bigger size, the solutions found by the proposed heuristics had better costs than the solutions described in the literature in more than 80% of cases. For the lognormal distribution problem, the proposed heuristic methods provided solutions with a percentage of optimality between 93,87% and 96,45%. Furthermore, for the normal distribuition case, it was proven that the heuristics are asymptotically optimal, i.e., it can be used for problems of any size.

M. Tech. Education / The aim of the study is to identify the causes and challenges incurred from late coming in some selected high schools around Soshanguve with a view to providing solution to the problem within the province. Interviews were conducted with all the participants with the use of structured questionnaire and a review of document (class attendance records and late coming records book). The participants were also observed in their natural settings. Participants in the study were leaners from Grades 7 - 12, educators and principals from the selected schools.

Este trabalho propõe uma heurística construtiva determinística e uma heurística construtiva probabilística para resolver o problema de programação de projetos com custo de disponibilidade de recursos e custo de penalidade por atraso no término do projeto (RACPT - Resource Availability Cost Problem with Tardiness). Os algoritmos combinam a flexibilidade da atividade com a flexibilidade do recurso para selecionar a próxima atividade a ser programada. A data de início de uma atividade é a data mais cedo em que sua execução não gera o maior pico de utilização dos recursos ou a data mais cedo na qual o custo total do projeto for menor. A melhor versão das heurísticas foi obtida após o teste de várias regras de prioridade, conforme a revisão bibliográfica realizada. As heurísticas propostas foram testadas em 360 instâncias de testes e seus resultados foram comparados aos obtidos pela formulação matemática baseada em strip packing e restrições disjuntivas implementada no programa CPLEX. A heurística construtiva determinística gera uma solução viável rapidamente, porém de baixa qualidade. Já a heurística construtiva probabilística gera soluções ótimas ou próximas da ótima para problemas pequenos ou para problemas fáceis e gera soluções muito melhores do que o CPLEX na metade do tempo computacional para os problemas médios e grandes ou para problemas difíceis. Dado os bons resultados obtidos e à implementação no programa VBA for Microsoft Excel, a heurística construtiva probabilística proposta é um método bom e prático para resolução do RACPT. / This work proposes a deterministic constructive heuristic and a probabilistic constructive heuristic for solving the resource availability cost problem with tardiness (RACPT). The algorithms combine the flexibility of an activity with the flexibility of a resource to select the next activity to be scheduled. The start time of the activity is the earliest date in which the activity\'s execution does not create resources usage peak or the earliest date with the lowest total project cost. We tested several priority rules according to the literature review and determined the best version of the heuristics. Afterwards, we tested the proposed heuristics in 360 instances and compared its results with the solutions obtained by the optimization software CPLEX. The RACPT implementation on CPLEX utilized a mathematical formulation based on strip packing concepts and disjunctive constraints. The computational results showed that the deterministic constructive heuristic generates feasible solutions of poor quality in low computational time. The probabilistic constructive heuristic achieved better results. For small instances or easy problems, it found optimal or near-optimal solutions. For medium and large instances or hard problems, it obtained better results than CPLEX in half-computational time. We believe that the probabilistic constructive heuristic is a good and practical method for solving the RACPT. The proposed algorithm produced good results in reasonable computational time and was implemented on the popular software VBA for Microsoft Excel.

Neste trabalho será estudado um ambiente de produção que é freqüentemente encontrado na prática: o flowshop com múltiplos processadores. No caso estudado existem estágios em série e em cada estágio existe um número de máquinas idênticas em paralelo. Todas as tarefas devem ser processadas por todos os estágios. O objetivo é minimizar o atraso das tarefas. Primeiramente o problema foi abordado através de um método que programa as tarefas por estágio e em ordem direta, ou seja, do primeiro para o último estágio. Em seguida, foram desenvolvidas duas novas regras que utilizam o mesmo método de programação, porém consideram o ambiente como uma série de problemas de máquinas em paralelo. Uma das regras desenvolvidas tem como característica principal considerar estados futuros do sistema. Também foi desenvolvido um novo método de programação em ordem inversa, no qual as tarefas são programadas do último para o primeiro estágio. Este método apresenta melhor desempenho se comparado com o método de programação em ordem inversa da literatura. Por último foi desenvolvido um método de programação com foco no estágio gargalo, visto que este estágio pode impedir um bom fluxo das tarefas pelo sistema e resultar em uma conclusão tardia das mesmas. Este método é mais simples, rápido e tem resultados competitivos frente ao método com foco no gargalo da literatura. / This work considers a production environment that is frequently found in practice: the flexible flowshop. In the case studied, there are stages in series and in each stage there are a number of identical parallel machines. All jobs must be processed by all stages. The objective is to minimize the tardiness of jobs. First the problem was addressed by a method in which jobs are schedule forward, that is, from first to last stage. Two new rules were developed using this same method, but considering the environment as a series of parallel machines problems. One of the rules is able to consider future states of the system. It was also developed a new method in which jobs are scheduled backward, i.e., from last to first stage. This method shows better performance compared to the literature method. At last, it was developed a method that focus on the bottleneck stage scheduling (since this stage may prevent a good flow of jobs throughout the system and result in late completions). This method is simpler, faster and competitive next to the literature method.

O presente trabalho aborda o ambiente de produção conhecido como flowshop híbrido. Devido a crescente complexidade dos sistemas de produção, este ambiente é frequentemente encontrado em situações reais de manufatura. No caso estudado existem estágios em série e em cada estágio existe um número de máquinas idênticas em paralelo. Os tempos de processamento em cada estágio são dependentes da tarefa, já a rota através do sistema é a mesma para todas as tarefas. O objetivo é minimizar o atraso total, ou seja, a soma do atraso de todas as tarefas. Um modelo de programação linear inteira mista é apresentado para este problema e, dada a sua complexidade, ele é abordado através de uma meta-heurística relativamente nova e que, conforme revisão da literatura, nunca foi aplicada a este problema. Conhecida por BRKGA (Biased Random-Key Genetic Algorithm), este método codifica as soluções de maneira a obter um melhor desempenho em comparação com algoritmos genéticos tradicionais. Com o objetivo de avaliar a melhor estratégia, são propostas diversas versões de BRKGA para o problema considerado. Estas versões buscam explorar características das melhores heurísticas construtivas da literatura, dentre estas: ordens direta e inversa de programação das tarefas dentro do ambiente produtivo, identificação do estágio gargalo e diferenciação da programação do gargalo dos demais estágios. Experimentos computacionais foram realizados com 432 problemas teste de grande porte. Os métodos apresentados são comparados entre si e os resultados mostraram que uma versão do BRKGA se destaca frente às demais, visto que ela atingiu o melhor resultado em 61% dos problemas. Destaca-se que o método de melhor desempenho da literatura obteve a melhor solução em apenas 15% dos problemas. Devido às dimensões dos problemas teste da literatura, não foi possível encontrar suas soluções ótimas. Deste modo, este trabalho propõe um novo limitante inferior para o mínimo atraso total. Além disso, 576 novos problemas teste de menores dimensões são propostos e seus resultados ótimos são utilizados para aprofundar as comparações. Os resultados deste experimento indicaram que o BRKGA proposto apresentou um bom desempenho visto que, na média, seus resultados estão apenas a 2,4% dos resultados ótimos. / This work addresses a scheduling problem in hybrid flowshops. Due to the increasing complexity of production systems, this production environment is often encountered in real manufacturing situations. In hybrid flowshops, there are stages in series and, in each stage, a number of similar parallel machines. Processing times in each stage are dependent on the job, and the route through the system is the same for all jobs. The objective is to minimize the total tardiness, that is, the sum of all jobs tardiness. A mixed integer linear programming model is presented for the problem considered. Given its complexity, this problem is approached by a relatively new meta-heuristic, known as BRKGA (Biased Random-Key Genetic Algorithm). A literature review showed that BRKGA had never been applied to this problem. The BRKGA codes solutions in order to obtain a better performance compared with traditional genetic algorithms. Several versions of BRKGA were developed in order to evaluate the best strategy to solve the problem considered. These versions aim to exploit features of the best constructive heuristic from the literature, among them: scheduling jobs in direct and inverse order within the production environment, identification of the bottleneck stage and distinction of the bottleneck stage schedule from the others. Computational experiments were conducted with 432 large instances. The methods were compared and the results showed that one of these versions stood out against the others. This version achieved better results in 61% of instances, while the best heuristic from the literature achieved 15%. Due to the size of these instances, optimal solutions were not found. Therefore, this work develops a new lower bound for the minimum total tardiness. Additionally, in order to find optimal results, a set of 576 new instances is proposed. This experiment indicated that the BRKGA proposed performed well since, on average, their results are only 2.4% away from the optimal results.

<p>This thesis contributes to theoretical and quantitative aspects of machine scheduling. In fact, it is dedicated to the issue of scheduling n jobs on one single machine. The scope is limited to deterministic problems - i.e. those with all data available and known with certainty in advance - with tardiness involved objectives; hence, the common denominator of all problems addressed are jobs with a predetermined due date assigned to. A job is finished on time as long as it is completed before its due date, otherwise it is said to be tardy. Since the single machine utilized is assumed to be restricted to process at most one job at a time, the aim is to find a proper sequence - a schedule - of how to process the jobs in order to best fulfill a certain objective. The contribution of this thesis aims at giving a state of the art survey and detailed review of research effort considering the objectives "minimizing the number of tardy jobs" and "minimizing the weighted number of tardy jobs". Further, the objectives of "minimizing the total tardiness", "minimizing the total weighted tardiness" and "minimizing the maximum tardiness" are adumbrated but reduced to a rough overview of research effort made.</p>