Sessenta anos de Shop Scheduling : uma revisão sistemática da literatura

Orientador : Prof. Dr. Cassius Tadeu ScarpinDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. Defesa: Curitiba, 09/02/2017Inclui referências : f. 449-492Resumo: Desde o seminal artigo de Johnson em 1954, a Programação da Produção em Shop Scheduling tem se tornado uma área relevante dentro da Pesquisa Operacional e, atualmente, duzentos trabalhos tangentes à temática são publicados anualmente. Dentre os artigos aqui citados tem-se aqueles que se dedicam à apresentação e síntese do estado da arte desse assunto, intitulados artigos de revisão. Quando tais artigos são elaborados a partir de um conjunto objetivo de critérios, relativos à categorização dos artigos selecionados, tem-se a Revisão Sistemática da Literatura (RSL). O presente trabalho realiza uma RSL em Shop Scheduling, a partir da análise de cada ambiente fabril que o compõe. Fez-se o escrutínio de 560 artigos, à luz de um conjunto de métricas, que constitui a estrutura basilar da proposta de nova taxonomia do Shop Scheduling, complementar à notação de Graham, objetivo fulcral do presente trabalho. Além disso, utilizou-se uma representação em redes dos resultados obtidos em algumas das métricas empregadas, como a característica dos itens, algo outrora inaudito em estudos de revisão desse assunto. Ademais, outro ponto relevante desse estudo repousa na identificação de campos pouco explorados, de modo a colaborar com a pesquisa futura neste tomo. Palavras-chave: Shop Scheduling. Revisão Sistemática da Literatura. Taxonomia. Representação em Redes.Abstract: Since Johnson's seminal article in 1954, Shop Scheduling in Production Scheduling has become a relevant area within Operational Research, and currently hundreds of tangential works on the subject are published annually. Among the articles cited here are those dedicated to the presentation and synthesis of the state of the art of this subject, which are entitled review articles. When these articles are elaborated from an objective set of criteria, regarding the categorization of the selected articles, we have the Systematic Review of Literature (SLR). The present work performs a SLR in Shop Scheduling, based on the analysis of each manufacturing environment that composes it. There were 560 articles scrutinized based on a set of metrics, which is the basic structure of the proposed new Taxonomy of Shop Scheduling, complementary to Graham's notation, the main objective of this work. In addition to that a network representation of the results was obtained in some of the metrics used, such as the job characteristics, something previously unheard of in review studies of this subject. Moreover, another relevant point of this study lies in the identification of less explored fields in order to collaborate with future research in this matter. Keywords: Shop Scheduling. Systematic Literature Review. Taxonomy. Network Representation

No-wait open shop com flexibilidade de operadores

Orientador: Prof. Dr. Cassius Tadeu ScarpinTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 29/09/2021Inclui referências: p. 97-103Área de concentração: Programação MatemáticaResumo: O Problema de Open Shop pode ser definido como um problema de Programação da Produção, em que os itens não possuem rotas de processamento pré-definidas. A implicação da não existência de sequencias pré-definidas gera, para o modelo matemático de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) proposto, o aumento do espaço de solução e, por conseguinte, a complexidade em encontrar soluções para o problema. Aplicações de Open Shop são encontradas, por exemplo, em centros de exames médicos e laboratoriais, oficinas mecânicas, centros de controle de qualidade, entre outros. Quando a produção de itens se dá de modo contínuo, tem-se a produção denominada sem espera (no-wait), verificada em ambientes cujas propriedades físicoquímicas do material processado são alteradas caso haja espera entre as máquinas, como na indústria farmacêutica. Esse trabalho visa apresentar um modelo PLIM que aborde a temática do Open Shop com restrições de flexibilidade de operadores e de no-wait, a fim de minimizar o tempo de fluxo total, expresso pela diferença entre o instante de término do processamento do item e a data de liberação deste. Propõe-se uma ponderação em relação à restrição de recursos, no caso a mão de obra, flexível e multifacetada, e a restrição de no-wait, relacionada a produção contínua de itens. Com o propósito de validar o modelo, diversos cenários foram criados, testando-se diferentes níveis de flexibilidade dos operadores, avaliando o impacto desta na obtenção de maior factibilidade do problema. Os resultados obtidos refletem que o aumento de apenas uma habilidade pode reduzir sensivelmente a inviabilidade do modelo. Cenários em que o operador domina apenas uma habilidade possuem infactibilidade próxima a 50%. Além disso, devido à complexidade resolutiva do modelo proposto, instâncias com mais de cinco itens majoritariamente nem sequer apresentam solução inicial válida dentro do tempo limite proposto.Abstract: The Open Shop Problem can be defined as a Production Scheduling problem, in which the items do not have predefined processing routes. The implication of the nonexistence of predefined sequences generates, for the proposed MILP (Mixed Integer Linear Programming) Problem, the increase of the solution space and, therefore, the complexity of finding solutions for the problem. Applications of Open Shop are found, for example, in medical and laboratory examination centers, mechanical workshops, quality control centers, among others. When the job production is continuous, we have no-wait processing, which is encountered in environments where the physical and chemical properties of the processed material are altered if there is wait between machines, such as pharmaceutical industry. This work aims to present a MILP model which addresses the Open Shop theme with operator flexibility and no-wait in order to minimize the total flowtime, expressed by the difference between completion time of a job and its release date. We propose weighing with regards to the resource constraints, in the case of flexible and multi-skilled labor, and no-wait, related to job continuous production. With respect to validate the model, several scenarios were created, addressing different degrees of worker flexibility, assessing its impact on problem feasibility. The obtained results highlight that the addition of only one skill can pronouncedly reduce the model unavailability. Scenarios where the worker masters only one skill possess infeasibility levels close to 50%. Furthermore, due to the solving complexity of the proposed model, benchmarks with more than five jobs mostly not even present a valid initial solution within the designed time limit

No-wait open shop com flexibilidade de operadores

Orientador: Prof. Dr. Cassius Tadeu ScarpinTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 29/09/2021Inclui referências: p. 97-103Área de concentração: Programação MatemáticaResumo: O Problema de Open Shop pode ser definido como um problema de Programação da Produção, em que os itens não possuem rotas de processamento pré-definidas. A implicação da não existência de sequencias pré-definidas gera, para o modelo matemático de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) proposto, o aumento do espaço de solução e, por conseguinte, a complexidade em encontrar soluções para o problema. Aplicações de Open Shop são encontradas, por exemplo, em centros de exames médicos e laboratoriais, oficinas mecânicas, centros de controle de qualidade, entre outros. Quando a produção de itens se dá de modo contínuo, tem-se a produção denominada sem espera (no-wait), verificada em ambientes cujas propriedades físicoquímicas do material processado são alteradas caso haja espera entre as máquinas, como na indústria farmacêutica. Esse trabalho visa apresentar um modelo PLIM que aborde a temática do Open Shop com restrições de flexibilidade de operadores e de no-wait, a fim de minimizar o tempo de fluxo total, expresso pela diferença entre o instante de término do processamento do item e a data de liberação deste. Propõe-se uma ponderação em relação à restrição de recursos, no caso a mão de obra, flexível e multifacetada, e a restrição de no-wait, relacionada a produção contínua de itens. Com o propósito de validar o modelo, diversos cenários foram criados, testando-se diferentes níveis de flexibilidade dos operadores, avaliando o impacto desta na obtenção de maior factibilidade do problema. Os resultados obtidos refletem que o aumento de apenas uma habilidade pode reduzir sensivelmente a inviabilidade do modelo. Cenários em que o operador domina apenas uma habilidade possuem infactibilidade próxima a 50%. Além disso, devido à complexidade resolutiva do modelo proposto, instâncias com mais de cinco itens majoritariamente nem sequer apresentam solução inicial válida dentro do tempo limite proposto.Abstract: The Open Shop Problem can be defined as a Production Scheduling problem, in which the items do not have predefined processing routes. The implication of the nonexistence of predefined sequences generates, for the proposed MILP (Mixed Integer Linear Programming) Problem, the increase of the solution space and, therefore, the complexity of finding solutions for the problem. Applications of Open Shop are found, for example, in medical and laboratory examination centers, mechanical workshops, quality control centers, among others. When the job production is continuous, we have no-wait processing, which is encountered in environments where the physical and chemical properties of the processed material are altered if there is wait between machines, such as pharmaceutical industry. This work aims to present a MILP model which addresses the Open Shop theme with operator flexibility and no-wait in order to minimize the total flowtime, expressed by the difference between completion time of a job and its release date. We propose weighing with regards to the resource constraints, in the case of flexible and multi-skilled labor, and no-wait, related to job continuous production. With respect to validate the model, several scenarios were created, addressing different degrees of worker flexibility, assessing its impact on problem feasibility. The obtained results highlight that the addition of only one skill can pronouncedly reduce the model unavailability. Scenarios where the worker masters only one skill possess infeasibility levels close to 50%. Furthermore, due to the solving complexity of the proposed model, benchmarks with more than five jobs mostly not even present a valid initial solution within the designed time limit

No-wait open shop with worker flexibility

The Open Shop Problem is a Production Scheduling problem where jobs do not have predestined processing routes, which increases the solution space and, therefore, the complexity of the problem. This work proposes a novel mathematical model that addresses the Open Shop theme with worker flexibility and no-wait. We consider the resource constraint of flexible and multiskilled labor. That is, the workers can execute their activities in more than one workstation. Simultaneously, the latter the continued production is contemplated, which hinders the reachability of feasible solutions and therefore increases the problem complexity. To validate the model, we generate several benchmarks, and the results obtained highlight the importance of worker flexibility in achieving greater problem feasibility