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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.18.2020.tde-05032020-085433
Documento
Autor
Nome completo
Hugo Hissashi Miyata
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2020
Orientador
Banca examinadora
Nagano, Marcelo Seido (Presidente)
Coelho, Leandro Callegari
Ribeiro, José Francisco Ferreira
Ronconi, Debora Pretti
Tavares Neto, Roberto Fernandes
Título em português
Contribuições para o problema flow shop com bloqueio, tempos de setup dependentes da sequência e funções-objetivo hierárquicas sujeitas ao custo total de manutenção preventiva
Palavras-chave em português
flow shop
setup dependente da sequência
bloqueio
custos de manutenção preventiva
programação de operações
Resumo em português
O problema de programação de operações ou scheduling é um processo de decisão que desempenha um papel crucial em muitas indústrias de manufatura e de serviços. Sua essência concentra-se nas atividades de alocação e sequenciamento. Neste contexto, é de grande importância o desenvolvimento de técnicas que auxiliem na tomada de decisão da sequência de produção. De acordo com a revisão de literatura realizada nesta pesquisa, análises e proposição de técnicas de solução para o denominado ambiente de produção flow shop sem estoques intermediários entre as máquinas (bloqueio) vem ganhando notoriedade nas últimas décadas, na sua maioria, sem a adição de restrições adicionais. Levando-se em conta a lacuna encontrada na literatura para esta área, nesta tese são propostos métodos de solução para o problema de programação de operações em ambientes flow shop com m máquinas, considerando bloqueio, tempos de setup dependentes da sequência e ocorrência de manutenção preventiva. As funções-objetivo tratadas foram a minimização da duração total da programação e do tempo total de fluxo dado que o custo total de manutenção preventiva exigido pela sequência não ultrapasse um dado valor. Um modelo de programação linear inteira mista (MILP) e formas de cálculo das datas de início e término das tarefas. Uma busca local para avaliação do reposicionamento das MPs foi desenvolvida para minimização da função-objetivo. Métodos heurísticos (construtivos e metaheurísticas) encontrados para os problemas de minimização da duração total da programação (Cmax) e do tempo total de fluxo (Σ iCi) foram adaptados e propostos, no intuito de minimizar as funções-objetivo. Os métodos foram implementados e testados em dois cenários de ocorrência de manutenções preventivas, com instâncias de problemas de pequeno, médio e grande portes. Resultados estatísticos mostraram que em comparação com o MILP proposto, as metaheurísticas Iterated Greedy e GRASP(HPF2) obtiveram os melhores desempenhos para a minimização de Cmax e de ΣiCi, respectivamente, em problemas de pequeno porte. Para problemas de médio e grande portes, Iterated Greedy e Variable Block Insertion Heuristic (VBIH) apresentaram o melhor desempenho geral nos dois cenários avaliados. Por fim, pode-se constatar experimentalmente que a busca local proposta obteve melhorias significativas e expressivas na qualidade da solução gerada pelas metaheurísticas, o que sugere seu uso como parte da metodologia de solução dos problemas estudados.
Título em inglês
Contribuitions for the m-machine blocking flow shop scheduling problem with sequence-dependent setup times and hirarquical objective-functions subject to preventive maintenance total cost
Palavras-chave em inglês
blocking
flow shop
preventive maintenance costs
scheduling
sequence-dependent setup times
Resumo em inglês
Scheduling is a decision process that plays a crucial role in many manufacturing and service industries. Its essence focuses on allocation and sequencing decisions. In this context, it is of great importance the development of techniques that can be used as a support to the decision making of the production sequence. According to the literature review carried out in this research, analysis and proposition of solution techniques for the so-called blocking flow shop scheduling problem has gained notoriety over the last decades, mostrly without the additional constraints. Taking into account the gap found in the literature for this area, in this thesis is addressed the m-machine blocking flow shop scheduling problem, with sequence-dependent setup times, preventive maintenance operations occurrences and minimization of hierarchical objective functions. The research aims to propose solution techniques to minimize the makespan (Cmax) and the total flow time (ΣiCi) given that the preventive maintenance total cost required by the sequence does not exceed a given value. A mixed integer linear programming (MILP) and forms of objective-fucntion computation were proposed. A local search for MP rescheduling was developed, aiming to minimize the objective-functions. Heuristic methods of the literature for the minimization of Cmax and ΣiCi have been adopted to minimize the preventive maintenance total cost and the hierarquical objective-functions of the approached problems. The methods were implemented and tested over two preventive maintenance instance problems configurations. Statistical results showed that, compared to the proposed MILP, the Iterated Greedy and GRASP(HPF2) obtained the best performances for the Cmax and ΣiCi minimization, respectively. For medium and large problems, Iterated Greedy and VBIH showed the best overall performances in both evaluated scenarios. Finally, it can be seen that the proposed local search significantly improved the quality solution generated by the metaheuristics, which suggests its use as part of the solution methodology of the problems studied here.
 
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Data de Publicação
2020-03-16
 
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