Techniques d'optimisation appliquées au pilotage de la solution GTP X-PTS pour la préparation de commandes intégrant un ASRS

Optimization techniques applied to the GTP X-PTS solution for order preparation integrating an ASRS

• Auteur / Autrice : Blandine Vacher
• Direction : Antoine Jouglet, Dritan Nace
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique : Unité de recherche Heudyasic (UMR-7253)
• Date : Soutenance le 18/11/2020
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation, Méthodes de

Modèles mathématiques

Métaheuristiques

Algorithmes gloutons

Algorithmes

Programmation linéaire

Programmation dynamique

Dispositifs de tri

Ateliers à cheminements multiples

Ingénierie des systèmes

Systèmes, Théorie des

Recherche opérationnelle

Optimisation combinatoire

Optimisation mathématique

Entrepôts -- Gestion

Préparation des commandes

Automatisation

Magasinage et stockage industriels

Production -- Contrôle

Production -- Planification

Logistique (gestion)

Gestion des stocks

Ordonnancement (gestion)

Production -- Gestion

Mots clés libres

Système de stockage automatisé

Système de systèmes

Tri

Séquencement

Automated storage and retrieval system

System of systems

Operational research

Production scheduling

Sequencing

Simulation

Sorting

Job shops

Production management

Inventory control

Business logistics

Production control

Automation

Mathematical optimization

Combinatorial optimization

Dynamic programming

Linear programming

Algorithms

Heuristic

Mathematical models

Résumé

Les travaux présentés dans ce document portent sur des problèmes d'optimisation dans le domaine de la logistique interne des entrepôts. Le domaine est soumis à une forte concurrence et est en plein essor, poussé par les besoins croissants du marché et favorisé par l'automatisation. L'entreprise SAVOYE construit des équipements et propose sa propre solution GTP (Goods-To-Person) pour la préparation de commandes. La solution utilise un système de stockage automatisé appelé X-Picking Tray System (X-PTS) et achemine les charges automatiquement à des postes de travail via des carrousels pour effectuer des opérations séquencées. C'est un système de systèmes particulièrement complexe qui offre de nombreuses applications aux techniques de la recherche opérationnelle. Tout cela définit le périmètre applicatif et théorique des travaux menés dans cette thèse. Nous avons d'abord traité un problème d'ordonnancement de type Job Shop avec des contraintes de précédences. Le contexte particulier du problème a permis de le résoudre en un temps polynomial avec un algorithme exact. Celui-ci a permis de calculer les dates d'injection des charges provenant des différents flux de sortie du stockage pour s'agréger sur un carrousel, dans un ordre donné. Ainsi, la gestion inter-allées du stockage PTS a été améliorée et le débit du flux de charges maximisé, depuis le stockage jusqu'à un poste. Nous avons ensuite étudié des algorithmes de tri tels que le tri par base et développé un algorithme de tri en ligne, utilisé pour piloter des systèmes autonomes de tri appelés Buffers Séquenceurs (BS). Placés en amont de chaque poste de travail dans la solution GTP, les BS permettent de délocaliser la fonction de tri en aval du stockage, augmentant de facto le débit des flux de sortie. Enfin, nous avons considéré un problème de séquencement consistant à trouver une extension linéaire d'un ordre partiel minimisant une distance avec un ordre donné. Nous proposons de le résoudre par une approche de programmation linéaire en nombres entiers, par la construction de programmes dynamiques et par des heuristiques de type glouton. Une heuristique efficace a été développée en se basant sur des appels itératifs d'un des programmes dynamiques, permettant d'atteindre une solution proche ou égale à l'optimum en un temps très court. L'application de ce problème aux flux de sortie non ordonnés du stockage X-PTS permet de réaliser un pré-tri au niveau des carrousels. Les diverses solutions développées ont été validées par simulation et certaines ont été brevetées et/ou déjà été mises en application dans des entrepôts.

The work presented in this PhD thesis deals with optimization problems in the context of internal warehouse logistics. The field is subject to strong competition and extensive growth, driven by the growing needs of the market and favored by automation. SAVOYE builds warehouse storage handling equipment and offers its own GTP (Goods-To-Person) solution for order picking. The solution uses an Automated Storage and Retrieval System (ASRS) called X-Picking Tray System (X-PTS) and automatically routes loads to workstations via carousels to perform sequenced operations. It is a highly complex system of systems with many applications for operational research techniques. All this defines the applicative and theoretical scope of the work carried out in this thesis. In this thesis, we have first dealt with a specific scheduling Job Shop problem with precedence constraints. The particular context of this problem allowed us to solve it in polynomial time with exact algorithms. These algorithms made it possible to calculate the injection schedule of the loads coming from the different storage output streams to aggregate on a carousel in a given order. Thus, the inter-aisle management of the X-PTS storage was improved and the throughput of the load flow was maximized, from the storage to a station. In the sequel of this work, the radix sort LSD (Least Significant Digit) algorithm was studied and a dedicated online sorting algorithm was developed. The second one is used to drive autonomous sorting systems called Buffers Sequencers (BS), which are placed upstream of each workstation in the GTP solution. Finally, a sequencing problem was considered, consisting of finding a linear extension of a partial order minimizing a distance with a given order. An integer linear programming approach, different variants of dynamic programming and greedy algorithms were proposed to solve it. An efficient heuristic was developed based on iterative calls of dynamic programming routines, allowing to reach a solution close or equal to the optimum in a very short time. The application of this problem to the unordered output streams of X-PTS storage allows pre-sorting at the carousel level. The various solutions developed have been validated by simulation and some have been patented and/or already implemented in warehouses.