Esta dissertação estuda o problema da programação de operações em sistemas job shop de manufatura onde itens com estruturas de materiais são produzidos a partir de componentes fabricados e montados. Tais sistemas são denominados assembly shops. O caso geral do problema de programação de operações em sistemas job shop, no qual não existem restrições quanto ao número de operações a serem programadas nem quanto ao número de máquinas a serem alocadas, é considerado, até o presente momento, intratável do ponto de vista computacional devido à explosão combinatória inerente ao processo de programação, independente da escolha do critério de desempenho. Isto significa dizer que não existe nenhum método eficiente de programação que resolva globalmente instâncias de porte real do problema dentro de um tempo computacional considerado satisfatório. Devido a este fato, nas últimas três décadas, diversos métodos aproximados e heurísticos foram propostos e avaliados para o problema. Nesta pesquisa, é proposto e avaliado um novo método heurístico de programação. Fundamentado na pressuposição de que a melhoria na sincronização de operações de montagem em sistemas assembly shop leva ao melhor atendimento de datas de entrega de pedidos, o método implementa duas abordagens de programação: uma abordagem backward que satisfaz completamente as datas de entrega e outra forward que satisfaz completamente a restrição de capacidade de máquina. Ambas trabalham iterativamente dentro de dois modelos de simulação do sistema de produção um determinístico e outro probabilístico na busca pela melhoria da sincronização das operações e no atendimento das datas de entrega. Os resultados experimentais demonstraram que o desempenho do novo método foi em média melhor que os dos métodos não iterativos (regras) avaliados e tão bom quanto o desempenho do melhor método não iterativo (regra) testado. / This dissertation studies the problem of scheduling operations in manufacturing job shop environments where items with bill of materials are made of many fabricated and assembled components. Such systems are known as assembly shops. The general job shop scheduling problem, which no restrictions exist neither for the number of operations to be scheduled nor for the number of machines to be allocated, is considered at the present date intractable from the computational point of view, whatever the performance criterion used, due to the combinatorial explosion inherent to the scheduling process. It means that there is not an efficient computational method that solves globally real size instances of the problem within a satisfactory period of time. Due to this fact, in the last three decades several approximated and heuristic methods were created and evaluated for the problem. This research proposes and evaluate a new heuristic method which is based on the assumption that the improvement in operations synchronization at the assembly stations brings forth better achievement of due dates. The method implements two scheduling approaches: a backward approach satisfying due date completely and a forward approach satisfying capacity restriction completely. The two approaches work iteratively within two different simulation models of the production system one deterministic e other probabilistic in searching for operations synchronization improvement and due date achievement. The experimental results have shown the new method was better than the single-pass methods (rules) on average and as good as the better single-pass method (rule) tested.

Dans cette thèse, notre objectif est de présenter une nouvelle approche de résolution pour des problèmes d'ordonnancement de type job-shop. Les problèmes traités sont de grande taille, ce qui, du fait de la complexité du problème, ne permet d'envisager que l'utilisation d'heuristiques. Cette approche propose une alternative aux algorithmes basés sur des règles de priorité, généralement utilisés. Le principe de l'approche est de construire une succession d'ordonnancements partiels, en agrégeant les jobs les uns après les autres. L'agrégation consiste à insérer toutes les opérations du job à agréger sans changer l'ordre des opérations dans l'ordonnancement partiel précédent. Dans un premier temps, des méthodes issues de l'approche sont proposées pour résoudre le problème classique du job-shop. Ensuite, ces méthodes sont étendues pour traiter des problèmes de job-shop généralisé, ou l'affectation des opérations aux machines n'est pas fixée au départ. Pour finir, des problèmes de job-shop dynamiques et réactifs sont abordés. Dans ceux-ci, l'arrivée aléatoire de jobs et l'arrêt de machines sont pris en compte. Les méthodes agrégatives sont particulièrement bien adaptées à la résolution de ce type de problème.

With the widely use of software technique in everyday applications, the correctness of software becomes more and more important. Formal verification is an important method to improve the correctness of software. However, it mainly takes formal languages as its modeling languages, which are based on mathematical logic, automata or graph theory, hard for learning and domain description. That hinders the applications of formal verification in industry. This dissertation investigates the design and practice of domain modeling and verification language EDOLA, to possess all the features of the usability for domain description, reusability and automatic verification. It proposes a three-level design method with the domain knowledge level, the common module level and the verification support level. The main contributions are summarized as follows: 1. In the domain knowledge level, the extraction and representation methods of the domain knowledge on both job-shop scheduling and PLC control software are proposed. It defines domain-specific operators of the job-shop scheduling problem, timed Petri net, etc. for the job-shop scheduling description. It also defines the operators of the scan cycle pattern, the complete environment pattern and five kinds of verification requests for the PLC domain description. It presents the formal semantics of the defined domain-specific operators, for the further EDOLA definition and its automatic verification. 2. In the common module level, the method to define common operators is presented with real-time as an example for common knowledge. It proposes two kinds of basic time operators and four advanced ones, which help EDOLA to describe real-time features easily and make the reusability of EDOLA design among time-sensitive domains possible. 3. In the verification support level, it presents a properties-oriented abstraction strategy, which reduces the state space and exploring space during automatic verifi- cation. It then formulates the encoding rules from EDOLA to first-order logic, thus implements the verification of the models with infinite states, with the help of first-order logic automatic theorem provers. 4. A prototype of the PLC domain modeling and verification language: EDOLA-PLC are developed and its tools are implemented. The tools provide an EDOLA-PLC editor and a compiler with the functionalities like syntax checking, semantics checking and translation-based automatic verification. 5. A case study of the EDOLA-PLC language on a dock fire-fighting control system is presented. It indicates that EDOLA-PLC is easy to describe both the PLC domain knowledge and the properties to be verified; is easy to describe the common knowledge: real-time and can be verified automatically. The results show that the abstraction strategy adopted in the verification support level of EDOLA-PLC improves the efficiency of automatic verification.

The Moment Recursion (MR) models are a class of models for tactical planning of job shops or other processing networks. The MR model can be used to determine or approximate the first two moments of production quantities and queue lengths at each work station of a job shop. Knowledge of these two moments is sufficient to carry out a variety of performance evaluation, optimization and decision-support applications. This paper presents a literature survey of the Moment-Recursion models. Limitations in the existing research and possible research opportunities are also discussed. Based on the research opportunities discussed, we are in the process of building a model that attempts to fill these research gaps. / Singapore-MIT Alliance (SMA)

Le management de la chaîne logistique concerne un large éventail d'activités. Nombreuses ceux qui ont un caractère incertain apportant souvent des conséquences inattendues. Malgré cela, l'incertitude est fréquemment non considérée dans la gestion de la chaîne logistique traditionnelle. En plus de l'incertitude, l'indisponibilité des ressources augmentera la complexité du problème. En prenons en compte les contraintes d'incertitude et de disponibilité nous étudions le management de la chaîne logistique selon différents aspects. Cette thèse représente une tentative de recherche afin d'aborder ce problème d'une façon systématique et complète et nous espérons que notre travail contribuera aux futurs travaux de recherche et sera utile aux gestionnaires de la chaîne logistique. Nous nous concentrons sur trois sources classiques de l'incertitude ; celle de la demande, celle la fabrication et celle liée à la distribution. Pour chaque source d'incertitude, nous analysons ses causes et ses impacts sur les performances de la chaîne logistique. L'incertitude est spécifiée dans des problèmes classiques concrets et des approches sont proposées pour les résoudre. Nous nous sommes également focalisés sur le problème bi-niveau de vendeur de journaux qui représente une chaîne logistique miniature, concerné par une double incertitude. Les méthodes utilisées offrent une bonne démonstration du traitement des variables incertaines dans les problèmes de décision.

Los problemas de scheduling aparecen con profusión en la vida real en numerosos entornos productivos y de servicios. Se trata de problemas que requieren organizar en el tiempo la ejecución de tareas que compiten por el uso de un conjunto finito de recursos y que están sujetas a un conjunto de restricciones impuestas por factores como las características físicas del entorno, relaciones temporales o la normativa laboral. Además se trata de optimizar uno o varios criterios que se representan mediante funciones objetivo y que están relacionados normalmente con el coste, el beneficio o el tiempo de ejecución.Algunos ejemplos de problemas de esta naturaleza son los siguientes:· Fabricación de obleas para circuitos semiconductores, donde cada oblea precisa de una serie de tareas como limpieza, oxidación, metalización, etc. El objetivo puede maximizar la utilización de algunas máquinas que son cuello de botella o minimizar el tiempo de ejecución.· Planificar el aterrizaje de un conjunto de aviones sujetos a restricciones temporales que dependen de las características de los aviones. Los objetivos pueden ser minimizar la penalización por desvío con respecto al tiempo preferente de los aviones o maximizar las condiciones de seguridad.· Planificar las rutas de flotas de autobuses, donde se trata de optimizar la ocupación de los vehículos y de ajustar los turnos de los conductores de acuerdo con la normativa laboral.· Enrutamiento de paquetes de datos a través líneas de comunicación, donde se trata de maximizar el uso de la red y de minimizar los tiempos de llegada de los mensajes.Dado que estos problemas son de naturaleza combinatoria, es decir que hay que elegir una entre un conjunto exponencialmente grande de combinaciones posibles, los problemas de scheduling precisan de algoritmos de búsqueda inteligentes para encontrar soluciones aceptables en un tiempo razonable. Así, en la literatura se pueden encontrar aproximaciones a los problemas de scheduling basadas en prácticamente todas las metaheurísticas conocidas y en particular en los algoritmos de búsqueda heurística propios de áreas como la Investigación Operativa y la Inteligencia Artificial.En esta tesis nos centramos en el problema Job Shop Scheduling y en la técnica de búsqueda heurística en espacios de estados. Nuestro objetivo es diseñar estrategias que resulten eficaces y eficientes para diferentes funciones objetivo, tanto para encontrar soluciones exactas, cuando el tamaño del problema lo permita, como para obtener soluciones aproximadas para instancias mayores. La función objetivo a la que los investigadores han prestado mayor atención es sin duda el makespan, o tiempo de finalización de la última tarea. Las propiedades de esta versión del problema son muy bien conocidas y han permitido desarrollar métodos exactos y aproximados muy eficientes que se basan en el concepto de camino crítico. El inconveniente de estos métodos es que no se generalizan de forma eficiente para otras funciones objetivo como el tiempo de flujo total o el tardiness.La aportación principal de esta tesis es la formalización de un método de poda basado en relaciones de dominancia entre los estados del espacio de búsqueda que se puede aplicar en principio a todas las funciones objetivo convencionales. Aunque el método no resulta competitivo con los métodos basados en el camino crítico cuando se trata de minimizar el makespan, sí lo es con los métodos que no están basados en el camino crítico y que son generalizables a otras funciones objetivo. Para funciones objetivo como el tiempo de flujo total, los resultados experimentales que hemos realizado sobre bancos de ejemplos estándar demuestran que el método es competitivo con otros métodos del estado del arte tanto para obtener soluciones óptimas como sub-óptimas.

L'algorithme génétique (AG), est fondé sur les méanismes de codage, sélection, croisement, mutation et insertion. Chacun présente plusieurs choix ce qui donne résultat à plusieurs variantes de AG.<br /><br /> Nous avons obtenu une variante meilleure d'algorithme génétique pour le problème du voyageur de commerce. Dans laquelle, nous avons introduit notre nouvel opérateur de croisement Cedrx qui est jumelé avec l'opérateur edrx donne de bons résultats. <br /><br /> Cette étude, nous a permis de créer des variantes efficaces d'algorithme génétique pour les probèmes suivants: <br /><br />+ Le problème d'ordonnancement dans les ateliers de type Job Shop;<br />+ Le problème des atterrissages d'avions (PAA);<br />+ Le problème d'ordonnancement des véhicules sur une chaîe de <br /> production dans une usine (POV).

Ce travail présente l'étude de deux types de problèmes d'ordonnancement. Le premier concerne la résolution centralisée et exacte d'un problème à une machine, le second, la résolution distribuée et coopérative d'un problème job shop où chaque machine est assimilée à un acteur possédant sa propre autonomie décisionnelle. Pour ces deux problèmes, des conditions de dominance sont utilisées, dans le premier cas, dans le but de limiter la complexité algorithmique liée à la recherche de solutions admissibles ou optimales, dans le deuxième cas, pour accroître la capacité de chaque acteur à résister aux incertitudes liées aux fluctuations de son environnement. Dans un premier temps, un théorème proposé dans les années quatre-vingt est rappelé, qui, considérant le problème à une machine, permet de caractériser un ensemble de solutions dominantes. Sur la base de ce théorème, nous proposons ensuite de nouvelles conditions analytiques et numériques de dominance permettant de restreindre encore davantage l'ensemble des solutions dominantes. En exploitant ces résultats, des formulations mathématiques originales et efficaces sont présentées, sous forme de programmes linéaires en nombres entiers, pour la modélisation et la résolution du problème à une machine en s'intéressant tour à tour au critère de minimisation du plus grand retard algébrique, puis à celui de minimisation du nombre de travaux en retard. Dans un deuxième temps, nous étudions le problème d'ordonnancement job shop dans un environnement multi-acteur, chaque acteur gérant l'activité d'une machine. Tenant compte de l'autonomie de décision et des objectifs propres de chacun, l'ordonnancement est envisagé sous la forme d'une fonction distribuée où la solution globale résulte d'une coopération entre les différents acteurs, cette solution pouvant évoluer dans le temps au fur-et-à-mesure des prises de décision locales. Ainsi, chaque acteur construisant localement sa propre organisation et n' n'ayant qu'une connaissance part ielle et incertaine de l'organisation des autres, nous proposons que les organisations locales soient construites de façon robuste. Pour cela nous montrons comment, à l'aide des résultats de dominance, maintenir au niveau de chaque acteur un ensemble dominant de solutions ayant une performance au pire bornée. Une nouvelle approche d'ordonnancement est ensuite proposée où les acteurs négocient deux à deux, de façon distribuée, de façon à converger progressivement vers des décisions assurant un compromis satisfaisant entre l'optimisation des objectifs locaux et des objectifs globaux.

In this thesis, the Job Shop Scheduling Problem (JSSP) is the problem of interest. The classical JSSP is well-known as an NP-hard problem. Although with current computational capabilities, the small problems are solvable using deterministic methods, it is out of reach when they are larger in size. The complexity of JSSP is further increased when process interruptions, such as machine breakdown and/or machine unavailability, are introduced. Over the last few decades, several stochastic algorithms have been proposed to solve JSSPs. However, none of them are suitable for all kinds of problems. Genetic and Memetic algorithms have proved their effectiveness in these regards, because of their diverse searching behavior. In this thesis, we have developed one genetic algorithm and three different Memetic Algorithms (MAs) for solving JSSPs. Three priority rules are designed, namely partial re-ordering, gap reduction and restricted swapping, and these have been used as local search techniques in designing our MAs. We have solved 40 well-known benchmark problems and compared the results obtained with some of the established algorithms available in the literature. Our algorithm clearly outperforms those established algorithms. For better justification of the superiority of MAs over GA, we have performed statistical significance testing (Student's t-test). The experimental results show that MA, as compared to GA, not only significantly improves the quality of solutions, but also reduces the overall computation. We have extended our work by proposing an improved local search technique, shifted gap-reduction (SGR), which improves the performance of MAs when tested with the relatively difficult test problems. We have also modified the new algorithm to accommodate JSSPs with machine unavailability and also developed a new reactive scheduling technique to re-optimize the schedule after machine breakdowns. We have considered two scenarios of machine unavailability. Firstly, where the unavailability information is available in advance (predictive), and secondly, where the information is known after a real breakdown (reactive). We show that the revised schedule is mostly able to recover if the interruptions occur during the early stages of the schedules. We also confirm that the effect of a single continuous breakdown has more impact compared to short multiple breakdowns, even if the total durations of the breakdowns are the same. Finally, for convenience of implementation, we have developed a decision support system (DSS). In the DSS, we have built a graphical user interface (GUI) for user friendly data inputs, model choices, and output generation. This DSS tool will help users in solving JSSPs without understanding the complexity of the problem and solution approaches, as well as will contribute in reducing the computational and operational costs.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:36:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 2138461 bytes, checksum: b91d7f14f64fd9d32fd38aee2b19b970 (MD5) Previous issue date: 2010-07-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work approaches the problem of the tasks scheduling (Job Shop Scheduling) through the combination of the GRASP and Tabu Search metaheuristics. The study consists of using the GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) in the construction phase of the initial solution, suggesting for that, a specific procedure based on Coffman Gramah algorithm. However, such procedure was the great differential in this study, since it offers an initial solution qualitatively better, what allows the reduction of the local search time, where it was utilized the Tabu Search metaheuristic in the local search phase, which provided best results when it was compared with other metaheuristics that have the same structural base. The combination GRASP and Tabu Search were evaluated under two differentiated implementations, being one with Tabu Search in its form more simplified and another one with Tabu Search developing a process of optimized search, using an aditional mathematical model, which demonstrated great advancements in relation at processing time and the obtained results. The computational results, when compared with the existing ones in literature, they had shown that GRASP and Tabu Search combination are capable to produce good solutions. / Este trabalho aborda o problema de escalonamento de tarefas (Job Shop Scheduling) através da combinação das metaheurísticas GRASP e Busca Tabu. O estudo consiste em utilizar o GRASP na fase de construção da solução inicial, sugerindo, para tanto, um procedimento específico baseado no algoritmo de Coffman Gramah. Tal procedimento foi o grande diferencial deste trabalho, visto que oferece uma solução inicial qualitativamente superior, permitindo a redução do tempo de busca local, onde foi utilizada a metaheurística Busca Tabu, a qual demonstrou proporcionar melhores resultados, comparando-se com outras metaheurísticas que seguem a mesma base estrutural. A combinação GRASP e Busca Tabu foi avaliada sob duas implementações diferenciadas, sendo uma com a Busca Tabu em sua forma mais simplificada e outra com a Busca Tabu desenvolvendo um processo de busca otimizada com o auxílio de um modelo matemático , a qual demonstrou grandes progressos quanto ao tempo de processamento e a obtenção de resultados. Os resultados computacionais obtidos, quando comparados com os existentes na literatura, mostraram que a combinação GRASP e Busca Tabu é capaz de produzir boas soluções.