Problèmes d'ordonnancement et de moyens de transport des systèmes de production : prise en compte de la qualité de service

Scheduling and routing problems in production systems : taking quality of service into consideration

• Auteur / Autrice : Matthieu Gondran
• Direction : Nikolay Tchernev, Philippe Lacomme, Alain Quilliot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 04/10/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique, de Modélisation et d'Optimisation des Systèmes
• Jury : Président / Présidente : Marie-José Huguet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Éric Bourreau, Thierry Garaix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Caroline Prodhon, Marc Sevaux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Planification -- Informatique

Ordonnancement (informatique)

Industrie 4.0

Mots clés libres

Recherche opérationnelle

Industrie 4.0

Ordonnancement

Transport

Planification

Métaheuristique

Programmation Linéaire

Programmation Par Contraintes

Operational Research

Manufacturing 4.0

Scheduling

Routing

Workforce

Metaheuristic

Linear Programming

Constraint Programming

Résumé

Ce manuscrit aborde des problèmes d’ordonnancement et de transport avec une modélisation explicite du transport. De tels problèmes se modélisent communément sous forme de graphes qui sont évalués afin d’obtenir les dates de début des opérations.Les évaluations classiques des graphes sont effectuées au moyen d’algorithmes de plus long chemin permettant d’obtenir une solution semi-active, où toutes les dates des opérations sont au plus tôt. Néanmoins, ces évaluations permettent généralement de ne prendre en compte que des critères de temps ou de distance à minimiser. Les travaux présentés dans ce manuscrit proposent de tenir compte de critères de qualité de service dans la fonction objectif. Cette prise en considération nécessite de nouvelles fonctions d’évaluation du graphe afin d’obtenir des solutions non nécessairement semi-actives permettant de maximiser la qualité de service. En effet, une solution semi-active propose rarement une qualité de service optimale. Les critères de qualité de service adoptés portent sur les ordonnancements et sur le transport.Trois problèmes intégrés sont successivement traités. Le premier problème est un problème de Job-shop avec transport et qualité de service, appelé Job-shop Scheduling Problem with Routing (JSPR). Des pièces, définies par une succession d’opérations, sont à fabriquer sur différentes machines, et entre deux opérations, la pièce doit être transportée de machine en machine. Le critère de qualité de service dans ce problème est dépendant des délais entre, d’une part les différentes opérations sur les machines, et d’autre part entre les différentes opérations de transport. Les gammes opératoires et les opérations de transport sont dépendantes les unes des autres.Le second problème est un problème de Workforce Scheduling and Routing Problem (WSRP), assimilable à un problème de planification de visites à domicile par un ensemble d’employés, et où le transport est pris en compte. Pour ce problème, le critère de qualité de service dépend des dates de début des visites. Les tournées sont indépendantes les unes des autres.Le troisième problème est le Generalised Workforce Scheduling and Routing Problem (GWSRP), qui prend en compte des contraintes de coordination entre les employés. Les tournées de ces derniers sont dépendantes les unes des autres. Elles nécessitent d’être toutes considérées simultanément pour évaluer les dates des visites respectant les contraintes de coordination et maximisant la qualité de service.Pour chaque problème, une nouvelle fonction d’évaluation est proposée. Pour le JSPR, cette fonction est basée sur l’algorithme de (Cordeau and Laporte, 2003) qui est initialement prévu pour le Dial-A-Ride Problem, ainsi que sur l’insertion de time-lags dans le graphe disjonctif du JSPR. Cette évaluation est incluse dans une métaheuristique. Pour le WSRP, la fonction d’évaluation est basée sur un algorithme de calcul du plus court chemin avec un algorithme de type programmation dynamique à labels. Elle est généralisée pour être utilisée dans une génération de colonnes. Et enfin, pour le GWSRP, l’évaluation est effectuée par un modèle PPC qui combiné à une génération de colonnes définissent tous deux un schéma d’optimisation global.

This manuscript addresses scheduling and transport problems where the transport is explicitly taken into account. Such problems are commonly modelled by graphs that are evaluated to obtain the starting times of operations.Classic graph evaluations are performed using longer path algorithms to obtain a semi-active solution, where all operations are left shifted. Nevertheless, these evaluations generally allow only time or distance criteria to be taken into account. The work presented in this thesis propose to take the quality of service criteria into account in the objective function. These considerations require new graph evaluation functions in order to obtain non-semi-active solutions that maximise the quality of service. Indeed, a semi-active solution rarely offers maximum quality of service. Three integrated problems are successively addressed. The first problem is a Job-shop Scheduling Problem with transport and quality of service, referred to as Job-shop Scheduling Problem with Routing (JSPR). Jobs, defined by a succession of operations, are to be performed on different machines, and between two operations, the job must be transported from a machine to another machine. The quality of service criterion in this problem depends on the delay between, on the one hand, the different operations belonging to the same job, and on the other hand, between the different transport operations. Machine-operations and transport-operations are dependent.The second problem is a Workforce Scheduling and Routing Problem (WSRP), which is similar to a problem of planning home services by a set of employees, and where transport is taken into account. For this problem, the quality of service criterion depends on the starting times of the visits. The trips of employees are independent.The third problem is the Generalised Workforce Scheduling and Routing Problem (GWSRP), which takes coordination constraints between employees into account. The trips are dependent on each other. The evaluation function of the starting times must consider simultaneously all trips in order to respect all coordination constraints and to maximise the service quality.For each problem, a new evaluation function is proposed. For the JSPR, this function is based on the algorithm of (Cordeau and Laporte, 2003) which is introduced first for the Dial-A-Ride Problem. The evaluation function, for the JSPR, is based on the insertion of time-lags in the disjunctive graph. This evaluation is included in a metaheuristic. For the WSRP, the evaluation function is based on the dynamic labelling algorithm used for an Elementary Shortest Path Problem With Resource Constraints. This function is generalised in order to be included in a column generation scheme. Finally, for the GWSRP, the evaluation is performed by a PPC model combined with a generation of columns and both define an overall optimisation scheme.