Programação da produção. Flow shops paralelos. Simulated annealing. Tempos de setup.

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Proposição de algoritmo simulated annealing para programação em flow shops paralelos proporcionais com tempos de setup explícitos

Proposição de algoritmo simulated annealing para programação em flow shops paralelos proporcionais com tempos de setup explícitos

Resumo: Este trabalho aborda o problema de otimização da duração total da programação (makespan) em dois flow shops paralelos proporcionais com tempos de setup explícitos e independentes da sequência de tarefas. O problema de programação em flow shops paralelos é um caso específico do conhecido flow shop híbrido, caracterizado por sistemas produtivos multiestágio com mais de uma máquina operando em paralelo em cada estágio, e muito frequente em vários tipos de indústrias como química, eletrônica, automotiva, farmacêutica e alimentícia. Este trabalho objetivou propor seis algoritmos Simulated Annealing e seus respectivos esquemas de perturbação, além de um algoritmo para geração da sequência inicial, para solução do problema descrito. Este estudo pode ser classificado como “pesquisa aplicada” quanto à natureza, “pesquisa exploratória” quanto aos objetivos e “pesquisa experimental” quanto aos procedimentos, além da abordagem “quantitativa”. Os algoritmos propostos mostraram-se eficazes quanto a solução e eficientes computacionalmente. Os resultados da Análise de Variância (ANOVA) revelaram que não existe diferença significativa entre os esquemas de perturbação em termos do makespan. Sugere-se a utilização do esquema PS4, que faz o deslocamento de uma subsequência de tarefas, por ter fornecido a melhor porcentagem de sucesso. Verificou-se também que é significativa a diferença entre os resultados dos algoritmos para cada valor do fator de proporcionalidade dos tempos de processamento e de setup dos flow shops.
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Desempenho relativo de regras de prioridade para programação de flow shop híbrido com tempos de setup

Desempenho relativo de regras de prioridade para programação de flow shop híbrido com tempos de setup

Um caso específico de flow shop híbrido com tempos de setup independentes, conhecido como flow shops paralelos proporcionais, foi abordado por Fuchigami (2014). Um método de geração da sequência inicial e seis algoritmos Simulated Annealing foram propostos para a minimização do makespan. E Fuchigami, Moccellin e Ruiz (2015) apresentaram métodos heurísticos construtivos para o problema de programação em flexible flow line, caracterizado pela possibilidade das tarefas saltarem estágios, com setup independente e antecipado ou não (de acordo com determinada probabilidade).
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Métodos heurísticos para a programação em flow shop permutacional com tempos de setup...

Métodos heurísticos para a programação em flow shop permutacional com tempos de setup...

Rajendran; Ziegler (1997) desenvolvem três métodos heurísticos melhorativos para a programação em Flow Shop com m máquinas, onde os tempos de setup, remoção e processamento são separados. As heurísticas 1 e 2 consistem de duas fases. Na primeira fase uma seqüência é gerada, enquanto que na segunda-fase a seqüência é melhorada, através de uma técnica de inserção. Na heurística 1, na primeira fase aplica-se o procedimento da Heurística CDS de Campbell; Dudek; Smith (1970). A primeira fase da heurística 2 baseia-se nos grupos de tarefas identificados por Johnson (1954): i) grupos de tarefas que apresentam crescente ou constante tempo de processamento indo da máquina M 1 para a máquina M 2 ; ii)
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Modelos matemáticos para programação de job shop com tempos de setup independentes da sequência

Modelos matemáticos para programação de job shop com tempos de setup independentes da sequência

Nesta seção, foi discutida a adaptação do Algoritmo de Jackson para o problema com setup não antecipado. É importante salientar que é perfeitamente possível aplicar a mesma adaptação no caso do setup antecipado, porém sem garantir a solução ótima, pois a programação não mais seria análoga ao problema com setup implícito. Isto ocorreria porque a antecipação do setup poderia acarretar adiantamento nos instantes de término das tarefas e afetar o makespan, o que não ocorre quando o setup não é antecipado.
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Novas regras de prioridade para programação em flexible flow line com tempos de setup explícitos.

Novas regras de prioridade para programação em flexible flow line com tempos de setup explícitos.

Neste artigo são propostos e avaliados 12 métodos para minimização da duração total da programação (makespan) em sistemas flexible flow line com tempos de setup independentes da sequência de execução das tarefas. Esse ambiente é caracterizado pela possibilidade de as tarefas saltarem um ou mais estágios de produção. Além disso, os tempos de setup podem ou não ser antecipados. Os desempenhos relativos dos métodos de solução foram avaliados por meio de experimentação computacional com base na porcentagem de sucesso, desvio relativo, desvio-padrão do desvio relativo e tempo médio de computação. Para avaliar-se a qualidade da solução dos métodos propostos, foi desenvolvido um limitante inferior (lower bound) para a função objetivo. Testes computacionais mostraram a maior eficácia do método que sequencia as tarefas no primeiro estágio, pela ordem decrescente da soma dos tempos de processamento e de setup de todos os estágios, e nos estágios seguintes, pela ordem em que as tarefas são liberadas para o processamento.
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Uma propriedade estrutural do problema de programação da produção flow shop permutacional com tempos de setup.

Uma propriedade estrutural do problema de programação da produção flow shop permutacional com tempos de setup.

Garey, Johnson & Sethi (1976) provaram que quando a medida de desempenho for o tempo médio de fluxo, o problema clássico de programação da produção flow shop permutacional, com os tempos de setup incluídos nos tempos de processamento das tarefas, é fortemente NP-hard para um ambiente com somente 2 máquinas. A mesma complexidade ocorre na minimização da duração total da programação (makespan) para o ambiente de produção com 3 máquinas. Conclui-se, portanto, que para o caso geral com um número de máquinas maior que dois tais problemas também são fortemente NP-hard. Pinedo (1995) apresenta uma estrutura hierárquica de complexidade envolvendo as denominadas Medidas de Desempenho Regulares, duas das quais são as mencionadas acima (tempo médio de fluxo e makespan). Na referida estrutura, essas duas medidas de desempenho ocupam os níveis de menor complexidade, o que permite concluir que a complexidade fortemente NP-hard é mantida para qualquer medida de desempenho regular. Para finalizar, a consideração explícita dos tempos de setup, separados dos tempos de processamento das tarefas, leva o problema a um nível superior de complexidade (Pinedo, 1995). Portanto, pode-se concluir que o problema FSP-TPS, tratado neste trabalho, é fortemente NP-hard.
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Métodos heurísticos para o problema de programação flow shop com tempos de setup separados

Métodos heurísticos para o problema de programação flow shop com tempos de setup separados

Esse problema de programação da produção tem sido intensamente estudado na literatura desde os resultados reportados por Johnson (1954) para o problema com somente duas máquinas. Hejazi & Saghafian (2005) efetuaram uma ampla revisão da literatura referente ao ambiente de produção flow shop, mostrando que a maioria das pesquisas efetuadas considera os tempos de preparação (setup) das máquinas não significativos ou os incluem nos tempos de processamento das tarefas. Isto simplifica a análise das aplicações, mas afeta a qualidade da programação quando tais tempos têm uma variabilidade relevante em função da ordenação das tarefas nas máquinas ou quando as mesmas podem ser preparadas antecipadamente para execução das tarefas, não necessitando aguardar o término destas nas máquinas precedentes.
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Uma heurística robusta para programação de máquinas paralelas com tempos de setup dependentes da sequência

Uma heurística robusta para programação de máquinas paralelas com tempos de setup dependentes da sequência

**Universidade Federal de Goiás / Faculdade de Ciências e Tecnologia (UFGO/FCT), Goiás, GO Resumo: O propósito deste trabalho foi elaborar uma heurística robusta e eficiente para o problema de programação de um conjunto de n tarefas com tempos de setup explícitos e dependentes da sequência em um conjunto de m máquinas de forma a minimizar o makespan (duração total da programação). Os resultados foram testados com instâncias artificiais baseadas em trabalhos publicados na literatura específica e comparados com um limitante inferior (lower bound) proposto a partir de um modelo de programação linear inteira mista. A qualidade da solução heurística foi medida com base no desvio percentual em relação ao limitante inferior. A experimentação demonstrou tanto a eficácia da solução, com desvio relativo médio de 5,51%, como a eficiência computacional da heurística, com tempos de execução desprezível.
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Uma abordagem prática para a programação de setup e para o dimensionamento de lote em uma indústria têxtil.

Uma abordagem prática para a programação de setup e para o dimensionamento de lote em uma indústria têxtil.

Adele é uma pequena indústria de ma- lharia, com um contingente de cerca de 100 empregados, formado por homens e mulhe-res. Produz uma ampla variedade de teci-dos de malha crus tubulares, que diferem em largura, estilo de malha, peso e mate-riais componentes do fio. A empresa man-tém um estoque de produtos acabados ape-nas para alguns poucos destes estilos, aque-les cuja demanda é relativamente estável. Com relação a estes itens Adele tenta, sempre que possível, suprir a demanda a partir do estoque. Pode porém ocorrer, de-pendendo da posição do estoque, que até mesmo um pedido referente a algum desses itens de maior consumo precise ser total ou parcialmente atendido a partir da produção corrente. O volume da demanda de malha crua origina- se, na sua maior parte, de pe-didos específicos dos clientes, e as malhas são tecidas em regime de produção-sob- encomenda. Conseqüentemente, os reflexos da programação sobre o estoque não cons-tituem motivo de grande preocupação, não obstante o fato de que esses estoques são usados como instrumento tático para con-seguir um bom nível de utilização do equi-pamento. A prática usual consiste em pro-gramar primeiro as encomendas específicas dos clientes para depois utilizar a eventual capacidade remanescente para a reposição dos estoques daqueles poucos estilos pa- dronizados. Portanto, segundo a classifica-
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Análise da flutuação do gargalo em flow shop permutacional com tempos de setup assimétricos e dependentes da seqüência.

Análise da flutuação do gargalo em flow shop permutacional com tempos de setup assimétricos e dependentes da seqüência.

O objetivo deste trabalho é apresentar um algoritmo para seqüenciamento de tarefas em flow shop permutacional com tempos de setup assimétricos e dependentes da seqüência (Asymmetric Sequence Dependent Setup Times – ASDST), chamado Metaheurística Simulated Annealing de Busca do Gargalo Flutuante (BGaFSA), que tem por foco o estágio gargalo do sistema (ou, mais especificamente, a máquina gargalo). O critério de desempenho é a duração total da programação (makespan), que corresponde à utilização eficiente dos recursos produtivos (Baker, 1974). Os problemas em ASDST são fortemente NP-hard (Das et al., 1995) e a sua notação é definida por Fm | S ijk , prmu | C max (Pinedo, 1995).
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Métodos heurísticos construtivos para redução do estoque em processo em ambientes de produção flow shop híbridos com tempos de setup dependentes da sequência.

Métodos heurísticos construtivos para redução do estoque em processo em ambientes de produção flow shop híbridos com tempos de setup dependentes da sequência.

A programação da produção em ambientes em que os tempos de preparação das máquinas não devem ser incluídos nos tempos de processamento das tarefas, uma vez que são significativamente dependentes da ordenação das tarefas nas máquinas, tende a ser um processo complexo. Grande parte das pesquisas em programação de operações em máquinas considera os tempos de tempos de preparação das máquinas como não relevantes ou de pequena variação e, geralmente, os incluem nos tempos de processamento das tarefas. Todavia, há casos em que há a necessidade de tratá-los diferenciadamente, uma vez que eles têm relação direta com a disponibilidade de equipamentos e acarretam custos específicos, como a necessidade de pessoal especializado para sua execução.
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Abordagem metaheurística híbrida para a otimização de sequenciamento de produção em Flow Shop Permutacional com tempos de setup dependentes da sequência

Abordagem metaheurística híbrida para a otimização de sequenciamento de produção em Flow Shop Permutacional com tempos de setup dependentes da sequência

Existe um crescente interesse em problemas de programação da produção envolvendo os tempos de setup. Este movimento está relacionado ao impacto positivo gerado nos mais diver- sos processos produtivos quando as decisões de programação incluem as variáveis de tempos de setup (ALLAHVERDI et al., 2008). Com o aumento da demanda por produtos eletrônicos, os fabricantes visam tornar seus sistemas produtivos mais eficientes, reduzindo os tempos de setup para melhor responder às necessidades dos consumidores (SABOUNI; LOGENDRAN, 2013). Apesar de avanços consideráveis na redução de tempos de setup, como o uso de Sis- tema Flexível de Manufatura (FMS) ou a metodologia Single-Minute Exchange of Die (SMED), ainda existem ambientes produtivos com tempos de preparação potenciais à redução (ALLAH- VERDI; GUPTA; ALDOWAISAN, 1999) . Em casos nos quais os tempos de setup apresentam razão significativa comparado com os tempos de processamento, há a possibilidade de trata- mento diferenciado dos tempos de preparação no ato da programação da produção, dada a relação direta com a disponibilidade dos recursos, custos, atendimento à demanda e otimização do critério competitivo adotado (BARROS; MOCCELIN, 2004). Na montagem de PCB, am- biente alvo desta pesquisa, as reduções dos tempos de setup estão associadas aos benefícios de reduções do tempo de entrega (lead time), estoque em processo (work-in-process) e do custo de produção (SABOUNI; LOGENDRAN, 2013). Para a formulação de uma estratégia de se- tup, cabem as colocações de Flynn (1987), que salienta que o tempo de duração da atividade de preparação está relacionado diretamente ao grau de similaridade entre as tarefas processadas su- cessivamente. Segundo Wu e Ji (2010), a combinação de feeders, acessórios responsáveis pelo abastecimento automático de componentes eletrônicos, e o sequenciamento da produção são os dois problemas fundamentais de otimização na montagem de PCB. Em uma ordem sequencial, quanto maior a similaridade das tarefas a serem executadas, menor será o tempo requerido para o setup.
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Um estudo computacional de novas regras de prioridade para flow shop com tempos de setup e diferentes datas de liberação

Um estudo computacional de novas regras de prioridade para flow shop com tempos de setup e diferentes datas de liberação

Há muitas décadas as regras de prioridade têm sido foco dos trabalhos de programação da produção, recebendo uma considerável atenção como importante técnica de solução para os problemas. Alguns resultados clássicos para o problema de máquina única são bem conhecidos por fornecer a solução ótima, como a regra SPT (Shortest Processing Time) para minimização do tempo total (ou médio) de fluxo, a EDD (Earliest Due Date) para minimização do atraso máximo e a MST (Minimum Slack Time) para a minimização do adiantamento máximo. Estes e outros conceitos básicos podem ser facilmente encontrados em obras de referência como Pinedo (2016), Baker e Tristsch (2009) e outros.
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Desenvolvimento e análise de regras de sequenciamento da produção para minimização de medidas de atraso em flow shop com tempos de setup

Desenvolvimento e análise de regras de sequenciamento da produção para minimização de medidas de atraso em flow shop com tempos de setup

Em relação à porcentagem de sucesso, percebe-se que a EDD, regra clássica de ordenação pelo menor tempo de processamento, assumiu o posto de melhor solução, como mostra a Figura 8. Dentre todos os problemas analisados, com diferentes parâmetros e cenários, tal regra obteve 63,7% de sucesso, enquanto a SPT3, que ocupa o segundo lugar neste ranking, obteve 38% de sucesso. Conclui- se, portanto, que, de modo geral, a regra EDD é a melhor solução quando o problema com restrições de prazo e setup busca minimizar o atraso máximo da programação.
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Flexible flow line com tempos de setup: métodos heurísticos

Flexible flow line com tempos de setup: métodos heurísticos

Na indústria, independentemente do tipo de sistema de produção, é necessário tomar uma série de decisões que dependem do horizonte de tempo considerado. As funções dos sis- temas de produção são desenvolvidas pelo Planejamento e Controle da Produção (PCP). De acordo com Tubino (2006, p.24), as atividades do PCP são exercidas nos três níveis hie- rárquicos de uma empresa. No nível estratégico, em que são definidas as políticas estratégicas de longo prazo da companhia, o PCP participa da formulação do Planejamento Estratégico da Produção, gerando um Plano de Produção. No nível tático, em que são preparados os planos de médio prazo para a produção, o PCP desenvolve o Planejamento Mestre da Produção, obtendo o Plano Mestre de Produção. E no nível operacional, em que são preparados os pro- gramas de curto prazo de produção e realizado o seu acompanhamento, o PCP é responsável por administrar estoques, elaborar sequenciamento e emitir e liberar ordens de compras, fabri- cação e montagem, constituindo a programação da produção.
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Efeitos de regras de prioridade para programação da produção em sistemas industriais complexos

Efeitos de regras de prioridade para programação da produção em sistemas industriais complexos

Várias estratégias de alocação foram apresentadas por Weng, Wei e Fujimura (2012) visando auxiliar regras de prioridade na programação de flow shop híbridos com chegadas dinâmicas de tarefas e filosofia just-in-time (JIT), ou seja, reduzir adiantamentos e atrasos das tarefas. E um estudo de caso em uma indústria de células de painéis solares, identificada como um flow shop híbrido, foi desenvolvido por Chen et al. (2013). Os tempos de setup foram considerados explícitos, havendo tanto dependentes como independentes da sequência. O objetivo do estudo foi propor uma programação que minimizasse o makespan.
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A stretched simulated annealing algorithm for locating all global maximizers

A stretched simulated annealing algorithm for locating all global maximizers

Recently, a new technique based on function stretching has been used in a particle swarm optimization context [21], in order to avoid the premature convergence of the method to local (non-global) solutions. In this paper, we propose to use the function stretching technique with a simulated annealing algo- rithm to be able to compute all the global solutions of problem (1). Each time a global maximizer is

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Using a Modified Simulated Annealing Algorithm to Minimize Makespan in a Permutation Flow-shop Scheduling Problem with Job Deterioration

Using a Modified Simulated Annealing Algorithm to Minimize Makespan in a Permutation Flow-shop Scheduling Problem with Job Deterioration

unexplored in the multi-machine environment. In recent years, some authors investigated two-machine flow shop with deteriorating jobs via different objective functions. Wang et al. [12] considered minimizing total completion time. They have proposed a heuristic algorithm to overcome the inefficiency of the branch-and-bound algorithm. Wu and Lee [13] studied minimizing mean flow time and developed a branch-and-bound procedure and several heuristic algorithms to search for the optimal solution and the near- optimal solutions. Later, Lee et al. [14] provided an extensive review of that problem with makespan function. Because of computational complexity, there have been fewer studies in problems having more than two machines. Mosheiov [15] considered the case of m-parallel identical machines, with one step operation and multi-step deterioration function. He introduced a heuristic algorithm for minimizing make-span and compared the answers with that of integer model solution. Hsieh and Bricker [16] studied two deteriorating job multi-machine scheduling problems with the goal of minimizing the makespan. For the simple linear deterioration model, they proposed a heuristic algorithm, proved that the ratio of the makespan obtained by the heuristic algorithm to the optimal makespan was bounded, and showed that their heuristic algorithm possessed an asymptotic optimality property. For the general linear deterioration model, they proposed three heuristic algorithms and indicated that these heuristic algorithms provided good solutions by a complete enumeration. Later on, Mosheiov [17] studied the m-parallel identical machines problem having deterioration function � = � � . He showed that the problem was NP- hard even for two identical parallel machines under the simple linear deterioration assumption. Thus, a heuristic algorithm and a lower bound were provided and tested.
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Solving Constrained Multilocal Optimization Problems with Parallel Stretched Simulated Annealing

Solving Constrained Multilocal Optimization Problems with Parallel Stretched Simulated Annealing

It is also assumed that problem (1) has a finite number of isolated global and local maximizers. The existence of multi-solutions (local and global) makes this problem a great challenge that may be tackled with parallel solving techniques. Methods for solving multilocal optimization problems include evolutionary algorithms, such as genetic [1] and particle swarm [13] algorithms, and additional contributions, like [6, 15,20, 23, 24]. Stretched Simulated Annealing (SSA) was also proposed [14], combining simulated annealing and a stretching function technique, to solve unconstrained multilocal programming problems.
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Performance and parameterization of the algorithm Simplified Generalized Simulated Annealing

Performance and parameterization of the algorithm Simplified Generalized Simulated Annealing

The main goal of this study is to find the most effective set of parameters for the Simplified Generalized Simulated Annealing algorithm, SGSA, when applied to distinct cost function as well as to find a possible correlation between the values of these parameters sets and some topological characteristics of the hypersurface of the respective cost function. The SGSA algorithm is an extended and simplified derivative of the GSA algorithm, a Markovian stochastic process based on Tsallis statistics that has been used in many classes of problems, in particular, in biological molecular systems optimization. In all but one of the studied cost functions, the global minimum was found in 100% of the 50 runs. For these functions the best visiting parameter, q V , belongs to the interval [1.2, 1.7]. Also, the temperature decaying parameter, q T , should be increased when better precision is required. Moreover, the similarity
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