This thesis deals with the description of the state of resource-constrained project scheduling problem. It defines the formal problem and its complexity. It also describes variants of this problem. Algorithms for solving RCPSP are presented. Heuristic genetic algorithm GARTH is analyzed in depth. The implementation of prototypes solving RCPSP using GARTH is outlined. Several improvements to the original algorithm are designed and evaluated.

The thesis deals with the scheduling problem of manufacturing operations in industrial production. This problem is described as the well-known the Resource-Constrained Project Scheduling Problem. The objective of this problem is to find an optimal assignment of operations to limited resources. Optimizer created for the thesis uses a genetic algorithm to solve the scheduling problem. For the purpose of a dynamic scheduling, a failures model was designed and a system with real-time optimizer, that is able to repair the original schedule fluently, was created. In the real-time optimizer, several solution methods were implemented and these solution methods underwent a number of experiments. The system thus created is also able to simulate manufacturing operations and draw a Gantt chart.

This project pursues issues on the border of information technologies and process optimization. Previously published concepts of~modeling projects and shared resources with object-oriented Petri nets are presented and further expanded. The possibilites of~the use of~genetic algorithms for dynamic realtime optimization of the resource schedules are explored. The resource constrained project sheduling problem is presented and it is shown, how instances of the problem can be implemented. A more complex model that is inspired by real production systems is then created. Next, a control agent, which monitors a running production system and allows for it's dynamic optimization is designed. The whole system is implemented in the Squeak Smalltalk environment with the use of the tool PNtalk, which is an experimental implementation of the object oriented Petri nets paradigm.

It's commonly assumed that experience leads to efficiency, yet this is largely unaccounted for in resource-constrained project scheduling. This thesis considers the idea that learning effects could allow selected activities to be completed within reduced time, if they're scheduled after activities where workers learn relevant skills. This paper computationally explores the effect of this autonomous, intra-project learning on optimal makespan and problem difficulty. A learning extension is proposed to the standard RCPSP scheduling problem. Multiple parameters are considered, including project size, learning frequency, and learning intensity. A test instance generator is developed to adapt the popular PSPLIB library of scheduling problems to this model. Four different Constraint Programming model formulations are developed to efficiently solve the model. Bounding techniques are proposed for tightening optimality gaps, including four lower bounding model relaxations, an upper bounding model relaxation, and a Destructive Lower Bounding method. Hundreds of thousands of scenarios are tested to empirically determine the most efficient solution approaches and the impact of learning on project schedules. Potential makespan reduction as high as 50% is discovered, with the learning effects resembling a learning curve with a point of diminishing returns. A combination of bounding techniques is proven to produce significantly tighter optimality gaps.

Dans ce travail de thèse, nous avons étudié deux types de problèmes d'ordonnancement. La majeure partie concerne le problème d'ordonnancement de projet à moyens limités (RCPSP). Le problème d'ordonnancement des opérations de manutention dans un entrepôt de transbordement ("crossdocking") est également traité avec une moindre importance. Dans une première partie (la plus étendue), nous abordons le RCPSP. À partir de modélisations utilisant la programmation linéaire en nombres entiers, nous avons proposé deux nouvelles formulations de ce problème, utilisant des variables indicées par des événements. Dans l'une d'entre elles, on utilise une variable binaire pour marquer le début de l'exécution de chaque activité et une autre variable pour marquer sa fin. Dans la seconde proposition, une seule variable est utilisée. Elle identifie les événements après lesquels l'activité reste en cours ou débute son exécution. De façon générale, comparées à d'autres modèles de la littérature sur divers types d'instances, nos propositions affichent des résultats plus intéressants sur les instances contenant des activités aux durées disparates et associées à de longs horizons d'ordonnancement. En particulier, sur ces mêmes types d'instances mais hautement cumulatives (caractéristiques de base du RCPSP), elles sont également les plus performantes. Nous avons également abordé la résolution d'une extension du RCPSP consistant à prendre en compte des ressources particulières, qui peuvent être consommées en début d'exécution de chaque activité, mais aussi produites à leur fin : il s'agit du RCPSP avec consommation et production de ressources. Afin d'effectuer une comparaison expérimentale entre différents modèles, nous avons proposé une adaptation de nos formulations basées événements, des formulations à temps discret de Pritsker et de Christofides, et de la formulation à temps continu basée sur les flots (proposé par Artigues sur la base des travaux de Balas). Globalement, les résultats mon trent que nos formulations basées événements obtiennent les meilleurs résultats sur bon nombre de types d'instances. Dans la seconde partie (plus réduite), nous avons également proposé un branch-and-bound utilisant des coupes basées sur la frontière de Pareto, pour la résolution du problème d'ordonnancement des opérations de manutention au sein d'un entrepôt de transbordement ("crossdocking"). Les excellents résultats obtenus ont renforcé nos interrogations sur la complexité non-prouvée de ce problème, et ont permis d'établir par la suite que le problème est de complexité polynomiale.

L'hospitalisation hors les murs est une expression générique qui désigne toutes les formes de structures accueillant des patients pour une prise en charge longue et régulière nécessitant des soins complexes. Les structures hors les murs doivent assurer une prise en charge sure et d'une qualité au moins identique à celle fourni par l'hôpital, tout en contribuant à la diminution des coûts de la prise en charge. D'où la nécessité d'une gestion efficiente des activités des soignants et des ressources humaines. Dans ce travail de recherche, l'intérêt est porté à la problématique générale de gestion des activités de soins en Hospitalisation À Domicile (HAD). Il s'agit d'une problématique très complexe, car elle vise à résoudre simultanément des sous-problèmes réputés NP - difficiles. Dans cette thèse, nous étudions cette problématique au niveau opérationnel de la conception des tournées des soignants. La démarche adoptée pour ce travail de recherche se base sur trois étapes essentielles. Nous commençons par une étude sur le système de santé et les structures d'HAD en France, tout en mettant en claire les facteurs essentiels de leur fonctionnement. Cette étape sera clôturée par une étude du fonctionnement des systèmes d'HAD dans la région Rhône-Alpes, en se basant sur les retours du projet régional Organisation des Soins A Domicile (OSAD). La deuxième étape concerne les problématiques de gestion et la planification des activités de soins et des ressources humaines en HAD. Ce travail conduira à l'élaboration d'une classification des problématiques de la gestion des activités en HAD. En se basant sur la classification identifiée précédemment, nous définissons, les axes de complexité de ce problème : (i) le nombre d'activités de soins par soignant, (ii) la dépendance temporelle entre les activités des patients et (iii) la dimension environnementale. Ensuite, nous proposons un ensemble d'approches et d'outils pour la résolution de la problématique des tournées d'infirmiers en HAD, sous différentes contraintes liées à la réalisation des soins et en particulier aux contraintes de dépendances temporelles. Pour répondre à l'ensemble des contraintes et exigences de performance, nous développons une heuristique originale permettant une résolution en un temps compatible avec les contraintes de mise en oeuvre, pour des instances de grande taille

Adaptive Large Neighborhood Search (ALNS) is a fairly recent yet popular single-solution heuristic for solving discrete optimization problems. Even though the heuristic has been a popular choice for researchers in recent times, the parallelization of this algorithm is not widely studied in the literature compared to the other classical metaheuristics. To extend the existing literature, this study proposes several different parallel schemes to parallelize the basic/sequential ALNS algorithm. More specifically, seven different parallel schemes are employed to target different characteristics of the ALNS algorithm and the capability of the local computers. The schemes of this study are implemented in a master-slave architecture to manage and assign loads in processors of the local computers. The overall goal is to simultaneously explore different areas of the search space in an attempt to escape the local minima, taking effective steps toward the optimal solution and, to the end, accelerating the convergence of the ALNS algorithm. The performance of the schemes is tested by solving a capacitated vehicle routing problem (CVRP) with available wellknown test instances. Our computational results indicate that all the parallel schemes are capable of providing a competitive optimality gap in solving CVRP within our investigated test instances. However, the parallel scheme (scheme 1), which runs the ALNS algorithm independently within different slave processors (e.g., without sharing any information with other slave processors) until the synchronization occurs only when one of the processors meets its predefined termination criteria and reports the solution to the master processor, provides the best running time with solving the instances approximately 10.5 times faster than the basic/sequential ALNS algorithm. These findings are applied in a real-life fulfillment process using mixed-mode delivery with trucks and drones. Complex but optimized routes are generated in a short time that is applicable to perform last-mile delivery to customers.

Cette thèse entre dans le cadre du projet Hélimaintenance ; un project labellisé par le pôle de compétitivité Français Aérospace-Valley, qui vise à construire un centre dédié à la maintenance des hélicoptères civils qui soit capable de lancer des travaux en R&D dans le domaine. Notre travail consiste à prendre en considération les incertitudes dans la planification et l'ordonnancement de projets et résoudre les problèmes Rough Cut Capacity Planning, Resource Leveling Problem et Resource Constraint Project Scheduling Problem sous incertitudes. L'incertitude est modélisée avec l'approche floue/possibiliste au lieu de l'approche stochastique ce qui est plus adéquat avec notre cas d'étude. Trois types de problèmes ont été définis dans cette étude à savoir le Fuzzy Rough Cut Capacity Problem (FRCCP), le Fuzzy Resource Leveling Problem (FRLP) et le Fuzzy Resource Constraint Project Scheduling Problem (RCPSP). Un Algorithme Génétique et un Algorithme "Parallel SGS" sont proposés pour résoudre respectivement le FRLP et le FRCPSP et un Recuit Simulé est proposé pour résoudre le problème FRCCP.

La plupart des travaux de recherches sur les problèmes d'ordonnancement traitent le cas des ressources renouvelables, c'est-à-dire des ressources qui sont exigées en début d'exécution de chaque tâche et sont restituées en fin d'exécution. Peu d'entre eux abordent les problèmes à ressources consommables, c'est-à-dire des ressources non restituées en fin d'exécution. Le problème de gestion de projet à contraintes de ressources (RCPSP) est le problème à ressources renouvelables le plus traité dans la littérature. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à une généralisation du problème RCPSP qui correspond au cas où les tâches sont remplacées par des événements liés par des relations de précédence étendues. Chaque événement peut produire ou consommer une quantité de ressources à sa date d'occurrence et la fonction économique reste la durée totale à minimiser. Nous avons nommé cette généralisation ERCPSP (Extended RCPSP). Nous avons élaboré des modèles de programmation linéaire pour résoudre ce problème. Nous avons proposé plusieurs bornes inférieures algorithmiques exploitant les travaux de la littérature sur les problèmes cumulatifs. Ensuite, nous avons élargi la portée des méthodes utilisées pour la mise en place de méthodes de séparation et évaluation. Nous avons traité aussi des cas particuliers par des méthodes basées sur la programmation dynamique. / This thesis investigates the Extended Resource Constrained Project Scheduling Problem (ERCPSP). ERCPSP is a general scheduling problem where the availability of a resource is depleted and replenished at the occurrence times of a set of events. It is an extension of the Resource Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP) where activities are replaced by events, which have to be scheduled subject to generalized precedence relations. We are interested in this thesis in proposing new methodologies and approaches to solve ERCPSP. First, we study some polynomial cases of this problem and we propose a dynamic programming algorithm to solve the parallel chain case. Then, we propose lower bounds, mixed integer programming models, and a branch-and-bound method to solve ERCPSP. Finally, we develop an instance generator dedicated to this problem.

Esta Tesis doctoral representa una nueva formulación del problema del GRCPSP (Generalized Resource-Constrained Project Scheduling Problem) mediante grafos PDM (Precedence Diagramming Method) con fragmentación en entornos realistas, donde las tareas son diferenciadas entre productivas y no productivas y las dependencias entre ellas no se limitan a los ya clásicos valores de dependencia, sino que se incorpora un nuevo concepto de relación de producción, apareciendo relaciones basadas en un cierto nivel de producción necesario de otra tarea para poder comenzar, o cierta producción que quedará pendiente de finalizar una vez finalizada la tarea precedente. Este nuevo enfoque del problema basado en procesos productivos, no solo elimina las paradojas causadas por las tareas críticas inversas o críticas perversas, sino que nos permite aplicar conceptos tradicionales de la planificación de la producción como es la productividad variable ocasionada por el aprendizaje con las repercusiones que esto produce en las relaciones basadas en producción. Además se analizan las naturalezas de los recursos intervinientes en el proyecto, reformulando los costes asociados a los mismos y su repercusión sobre el nuevo modelo propuesto, permitiendo la aplicación de algoritmos de optimización TCTP (Time Cost Trade-Off Problem) que hasta ahora era inviable. Para finalizar se incorpora la borrosidad a los valores intervinientes en el proyecto presentando la formulación de un modelo robusto de planificación de la producción basada en grafos PDM que sirve de punto de partida a la resolución del GRCPSP en entornos realistas. / Ponz Tienda, JL. (2010). GRCPSP Robusto basado en Producción para Proyectos de Edificación y Construcción [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8540 / Palancia