Otimização por colônia de formigas para o problema de programação job-shop flexível multiobjetivo
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Data de Publicação: | 2018 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/10599 |
Resumo: | The job-shop production scheduling activity is at the most detailed and complex level of a production planning and control system. The Flexible Job-shop Scheduling Problem (FJSP) is an extension of the job-shop scheduling problem (JSP) and plays an important role in because of its combinatorial nature that allows an operation to be processed in more than one alternative machine of the set of available resources. Problems of job-shop programming belong to the class of NP-complete problems due to the difficulty in obtaining an optimal solution by traditional approaches. The metaheuristic Ant Colony Optimization (ACO) has proved to be efficient in solving combinatorial optimization problems. The ACO consists of an algorithm inspired by the behavior of the ant colonies, which functions as a probabilistic method and constructs solutions through collective intelligence. In this way, it uses the experience gained during the search process adaptively. In this work an Ant System (AS) is presented along with the Shortest Processing Time (SPT) rule for multiobjective FJSP resolution. Traditionally, allocation and scheduling decisions are made separately in production management. Thus, the proposed approach employs the SPT rule for resource allocation and the AS algorithm for the sequencing of assigned operations, where each ant constructs a viable scheduling according to the constraints that apply to the problem. The objective of this research is to find optimal solutions for the FJSP, considering minimization of completion time, minimization of the most critical machine load and minimization of the total load of all machines as optimization criteria. The combination of several optimization criteria induces additional complexity and new problems. However, the results of the comparative study with other approaches in instances known in the literature have shown that the proposed algorithm is feasible and effective for solving multiobjective FJSP, especially in large scale problems. |
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Problems of job-shop programming belong to the class of NP-complete problems due to the difficulty in obtaining an optimal solution by traditional approaches. The metaheuristic Ant Colony Optimization (ACO) has proved to be efficient in solving combinatorial optimization problems. The ACO consists of an algorithm inspired by the behavior of the ant colonies, which functions as a probabilistic method and constructs solutions through collective intelligence. In this way, it uses the experience gained during the search process adaptively. In this work an Ant System (AS) is presented along with the Shortest Processing Time (SPT) rule for multiobjective FJSP resolution. Traditionally, allocation and scheduling decisions are made separately in production management. Thus, the proposed approach employs the SPT rule for resource allocation and the AS algorithm for the sequencing of assigned operations, where each ant constructs a viable scheduling according to the constraints that apply to the problem. The objective of this research is to find optimal solutions for the FJSP, considering minimization of completion time, minimization of the most critical machine load and minimization of the total load of all machines as optimization criteria. The combination of several optimization criteria induces additional complexity and new problems. However, the results of the comparative study with other approaches in instances known in the literature have shown that the proposed algorithm is feasible and effective for solving multiobjective FJSP, especially in large scale problems.A atividade de programação da produção do tipo job-shop encontra-se no nível mais detalhado e complexo de um sistema de planejamento e controle da produção. O problema de programação job-shop flexível (do inglês Flexible Job-shop Scheduling Problem - FJSP) é uma extensão do problema de programação job-shop (do inglês Job-shop Scheduling Problem - JSP) e desempenha um papel importante em sistemas reais de produção devido a sua natureza combinatória que permite uma operação ser processada em mais de uma máquina alternativa do conjunto de recursos disponíveis. Os problemas de programação job-shop pertencem à classe dos problemas do tipo NP-completo devido à dificuldade em obter uma solução ótima por abordagens tradicionais. A metaheurística Otimização por Colônia de Formigas (do inglês Ant Colony Optimization - ACO) tem se mostrado eficiente para resolver problemas de otimização combinatória. O ACO consiste em um algoritmo inspirado no comportamento das colônias de formigas, que funciona como um método probabilístico e constrói soluções por meio da inteligência coletiva. Desta maneira, usa a experiência adquirida durante o processo de busca de forma adaptativa. Neste trabalho é apresentado um Sistema de Formigas (do inglês Ant System - AS) em conjunto com a regra do Tempo de Processamento mais Curto (do inglês Shortest Processing Time - SPT) para resolução do FJSP multiobjetivo. Tradicionalmente, as decisões de atribuição e programação são realizadas separadamente no gerenciamento de produção. Desta forma, a abordagem proposta emprega a regra SPT para alocação de recursos e o algoritmo AS para o sequenciamento das operações atribuídas, onde cada formiga constrói um cronograma de programação viável conforme as restrições que se aplicam ao problema. O objetivo desta pesquisa é encontrar soluções ótimas para o FJSP, considerando a minimização do tempo de conclusão, minimização da carga da máquina mais crítica e a minimização da carga total de todas as máquinas como critérios de otimização. A combinação de vários critérios de otimização induz complexidade adicional e novos problemas. No entanto, os resultados do estudo comparativo com outras abordagens em instâncias conhecidas na literatura mostraram que o algoritmo proposto é viável e eficaz para resolver o FJSP multiobjetivo, especialmente em problemas de grande escala.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCUFSCarOtimização por colônia de formigasProblema de programação job-shop flexívelSistema de formigasProblema de programação job-shopAnt colony optimizationFlexible job-shop scheduling problemAnt systemJob-shop scheduling problemCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::METODOLOGIA E TECNICAS DA COMPUTACAOOtimização por colônia de formigas para o problema de programação job-shop flexível multiobjetivoAnt colony optimization for the multiobjective flexible job-shop scheduling probleminfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisOnline6006001c64d62e-b035-4758-ae1e-e72824975942info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81957https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10599/3/license.txtae0398b6f8b235e40ad82cba6c50031dMD53ORIGINALSOUZA_Cleverson_2018.pdfSOUZA_Cleverson_2018.pdfapplication/pdf2557417https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10599/4/SOUZA_Cleverson_2018.pdf50d31cfa30025e91f9d90083d02d963dMD54TEXTSOUZA_Cleverson_2018.pdf.txtSOUZA_Cleverson_2018.pdf.txtExtracted texttext/plain183380https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10599/5/SOUZA_Cleverson_2018.pdf.txte58f4c1406648f7725af904d98fb33fcMD55THUMBNAILSOUZA_Cleverson_2018.pdf.jpgSOUZA_Cleverson_2018.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8670https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/10599/6/SOUZA_Cleverson_2018.pdf.jpgbdf7cdc788916a44b8ab97eb0b695e1cMD56ufscar/105992023-09-18 18:31:50.838oai:repositorio.ufscar.br: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Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:31:50Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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