Robustness Algorithms for the Airport Gate Assignment Problem

Assigning commercial flights to available airport gates can have a major impact on the efficiency of flight schedules as well as on the level of passenger satisfaction with the service. These assignments also depend on the service requirements of flights and the capacity of stand facilities. Unexpected changes also called perturbations, like those due to air traffic delays, severe weather conditions, or equipment failures, may disrupt the initial assignments and increase the difficulty of maintaining smooth operations, which will detrimentally affect costumer satisfaction. The provision of solutions which reduce the potential detrimental effect of perturbations in the stands already assigned on the day of operation is desirable and some approaches are presented here, and compare between them to help identify their performance and trends

Stability and resource allocation in project planning.

The majority of resource-constrained project scheduling efforts assumes perfect information about the scheduling problem to be solved and a static deterministic environment within which the pre-computed baseline schedule is executed. In reality, project activities are subject to considerable uncertainty, which generally leads to numerous schedule disruptions. In this paper, we present a resource allocation model that protects a given baseline schedule against activity duration variability. A branch-and-bound algorithm is developed that solves the proposed resource allocation problem. We report on computational results obtained on a set of benchmark problems.Constraint satisfaction; Information; Model; Planning; Problems; Project management; Project planning; Project scheduling; Resource allocati; Scheduling; Stability; Uncertainty; Variability;

Robustness Algorithms for the Airport Gate Assignment Problem

Assigning commercial flights to available airport gates can have a major impact on the efficiency of flight schedules as well as on the level of passenger satisfaction with the service. These assignments also depend on the service requirements of flights and the capacity of stand facilities. Unexpected changes also called perturbations, like those due to air traffic delays, severe weather conditions, or equipment failures, may disrupt the initial assignments and increase the difficulty of maintaining smooth operations, which will detrimentally affect costumer satisfaction. The provision of solutions which reduce the potential detrimental effect of perturbations in the stands already assigned on the day of operation is desirable and some approaches are presented here, and compare between them to help identify their performance and trends

Models for robust resource allocation in project scheduling.

The vast majority of resource-constrained project scheduling efforts assumes complete information about the scheduling problem to be solved and a static deterministic environment within which the pre-computed baseline schedule will be executed. In reality, however, project activities are subject to considerable uncertainty which generally leads to numerous schedule disruptions. In this paper, we present a resource allocation model that protects the makespan of a given baseline schedule against activity duration variability. A branch-and-bound algorithm is developed that solves the proposed robust resource allocation problem in exact and approximate formulations. The procedure relies on constraint propagation during its search. We report on computational results obtained on a set of benchmark problems.Model; Resource allocation; Scheduling;

Iterative restricted space search : a solving approach based on hybridization

Face à la complexité qui caractérise les problèmes d'optimisation de grande taille l'exploration complète de l'espace des solutions devient rapidement un objectif inaccessible. En effet, à mesure que la taille des problèmes augmente, des méthodes de solution de plus en plus sophistiquées sont exigées afin d'assurer un certain niveau d 'efficacité. Ceci a amené une grande partie de la communauté scientifique vers le développement d'outils spécifiques pour la résolution de problèmes de grande taille tels que les méthodes hybrides. Cependant, malgré les efforts consentis dans le développement d'approches hybrides, la majorité des travaux se sont concentrés sur l'adaptation de deux ou plusieurs méthodes spécifiques, en compensant les points faibles des unes par les points forts des autres ou bien en les adaptant afin de collaborer ensemble. Au meilleur de notre connaissance, aucun travail à date n'à été effectué pour développer un cadre conceptuel pour la résolution efficace de problèmes d'optimisation de grande taille, qui soit à la fois flexible, basé sur l'échange d'information et indépendant des méthodes qui le composent. L'objectif de cette thèse est d'explorer cette avenue de recherche en proposant un cadre conceptuel pour les méthodes hybrides, intitulé la recherche itérative de l'espace restreint, ±Iterative Restricted Space Search (IRSS)>>, dont, la principale idée est la définition et l'exploration successives de régions restreintes de l'espace de solutions. Ces régions, qui contiennent de bonnes solutions et qui sont assez petites pour être complètement explorées, sont appelées espaces restreints "Restricted Spaces (RS)". Ainsi, l'IRSS est une approche de solution générique, basée sur l'interaction de deux phases algorithmiques ayant des objectifs complémentaires. La première phase consiste à identifier une région restreinte intéressante et la deuxième phase consiste à l'explorer. Le schéma hybride de l'approche de solution permet d'alterner entre les deux phases pour un nombre fixe d'itérations ou jusqu'à l'atteinte d'une certaine limite de temps. Les concepts clés associées au développement de ce cadre conceptuel et leur validation seront introduits et validés graduellement dans cette thèse. Ils sont présentés de manière à permettre au lecteur de comprendre les problèmes que nous avons rencontrés en cours de développement et comment les solutions ont été conçues et implémentées. À cette fin, la thèse a été divisée en quatre parties. La première est consacrée à la synthèse de l'état de l'art dans le domaine de recherche sur les méthodes hybrides. Elle présente les principales approches hybrides développées et leurs applications. Une brève description des approches utilisant le concept de restriction d'espace est aussi présentée dans cette partie. La deuxième partie présente les concepts clés de ce cadre conceptuel. Il s'agit du processus d'identification des régions restreintes et des deux phases de recherche. Ces concepts sont mis en oeuvre dans un schéma hybride heuristique et méthode exacte. L'approche a été appliquée à un problème d'ordonnancement avec deux niveaux de décision, relié au contexte des pâtes et papier: "Pulp Production Scheduling Problem". La troisième partie a permit d'approfondir les concepts développés et ajuster les limitations identifiées dans la deuxième partie, en proposant une recherche itérative appliquée pour l'exploration de RS de grande taille et une structure en arbre binaire pour l'exploration de plusieurs RS. Cette structure a l'avantage d'éviter l'exploration d 'un espace déjà exploré précédemment tout en assurant une diversification naturelle à la méthode. Cette extension de la méthode a été testée sur un problème de localisation et d'allocation en utilisant un schéma d'hybridation heuristique-exact de manière itérative. La quatrième partie généralise les concepts préalablement développés et conçoit un cadre général qui est flexible, indépendant des méthodes utilisées et basé sur un échange d'informations entre les phases. Ce cadre a l'avantage d'être général et pourrait être appliqué à une large gamme de problèmes

Méthodes exactes et approchées pour le problème de gestion de projet à contraintes de ressources

Le problème de gestion de projet à contraintes de ressources est un des problèmesles plus étudiés dans la littérature. Il consiste à planifier des activités soumises à desrelations de précédence, et nécessitant des ressources renouvelables. L objectif est deminimiser la durée du projet, soit le makespan. Nous étudions le problème de gestion deprojet à contraintes de ressources. Nous nous sommes intéressées à la résolution exactedu problème. Dans la première partie de la thèse, nous élaborons une série de bornesinférieures basées sur le raisonnement énergétique et des formulations mathématiques.Les résultats montrent que les bornes proposées surpassent ceux de la littérature. Dansla deuxième partie, nous proposons des procédures par séparation et évaluation utilisantles bornes inférieures dévelopées dans la première partie.Resource Constrained Project Scheduling Problem is one of the most studied schedulingproblems in the literature. It consists in scheduling activities, submitted to precedencerelationship, and requiring renewable resources to be processed. The objective isto minimize the project duration, i.e., the makespan. We study the Resource ConstrainedProject Scheduling Problem. We are interested on the exact resolution of the problem.In the first part of the thesis, we develop a series of lower bounds based on energeticreasoning and mathematical formulations. The computational results show that theproposed lower bounds outperform the ones of the literature. In the second part, wepropose Branch-and-Bound procedures using the lower bounds developed on the firstpart.TOURS-Bibl.électronique (372610011) / SudocSudocFranceF

A Generic Library of Problem Solving Methods for Scheduling Applications

In this thesis we propose a generic library of scheduling problem-solving methods. As a first approximation, scheduling can be defined as an assignment of jobs and activities to resources and time ranges in accordance with a number of constraints and requirements. In some cases optimisation criteria may also be included in the problem specification. Although, several attempts have been made in the past at developing the libraries of scheduling problem-solvers, these only provide limited coverage. Many lack generality, as they subscribe to a particular scheduling domain. Others simply implement a particular problem-solving technique, which may be applicable only to a subset of the space of scheduling problems. In addition, most of these libraries fail to provide the required degree of depth and precision, which is needed both to obtain a formal account of scheduling problem solving and to provide effective support for development of scheduling applications by reuse. Our library subscribes to the Task-Method-Domain-Application (TMDA) knowledge modelling framework, which provides a structured organisation for the different components of the library. In line with the organisation proposed by TMDA, we first developed a generic scheduling task ontology, which formalises the space of scheduling problems independently of any particular application domain, or problem solving method. Then we constructed a task-specific, but domain independent model of scheduling problem-solving, which generalises from the variety of approaches to scheduling problem-solving, which can be found in literature. The generic nature of this model was demonstrated by constructing seven methods for scheduling, as alternative specialisation of the model. Finally, we validated our library on a number of applications to demonstrate its generic nature and effective support for the analysis and development of scheduling applications

Etude et résolution de problèmes d'ordonnancement de projets multi-compétences (Intégration à un progiciel intégré libre)

Les travaux de cette thèse réalisée sous contrat CIFRE portent sur des problématiques d ordonnancement de projets mufti-compétences. Définis en collaboration avec des experts de gestion de projet au sein de la société Néréide, deux modèles d ordonnancement de projet font l objet de cette étude. Dans le premier modèle, une tâche est définie par l ensemble des compétences dont elle a besoin, la charge nécessaire de chaque compétence ainsi que la possibilité d être interrompue ou non. Pour l élaboration d un planning prédictif respectant toutes les contraintes et minimisant la date de fin du projet, nous proposons des heuristiques de liste et métaheuristiques. Un modèle mathématique linéaire en nombres entiers ainsi que des bornes inférieures sont également développés. Dans un second temps, nous proposons, à partir d un planning prédéfini, des méthodes pour ajuster le planning et répondre aux aléas survenus lors du déroulement du projet. Pour résoudre ce problème réactif, nous proposons une approche exacte itérative basée sur une formulation linéaire en nombres entiers ainsi qu un algorithme génétique de type NSGA-II. Il s agit donc d une approche réactive bicritère où les solutions calculées doivent minimiser à la fois la date d achèvement du projet et le nombre maximum de changements d affectation de tâches aux employés. Dans le deuxième modèle, un cas particulier du modèle préemptif précédent est étudié. Nous nous intéressons au cas où une tâche nécessite une seule compétence avec possibilité de préemption seulement si les ressources ne sont pas disponibles (absence, congés, etc.). Dans ce modèle, une tâche est définie également par sa date de disponibilité et une date de fin souhaitée. Un coût d utilisation personne/compétence est introduit. Pour ce dernier modèle, il s agit d un problème d ordonnancement de projet bicritère, pour lequel les solutions calculées doivent minimiser le retard maximum et le coût global d affectation des personnes aux tâches. Des heuristiques et métaheuristiques sont proposées pour ce modèle. Certaines méthodes de résolution proposées ont été implémentées sous forme d add-ons intégrables au framework OFBiz.The work presented in this thesis deals with multi-skill project scheduling problems. We have studied two models of project scheduling which are defined in collaboration with project management experts in Néréide company. In the first model, a task is defined by a set of required skills, the load needed for each skill as welI as the possibility of preemption. To build a predictive planning which respects aIl problem constraints and minimize the project completion time (makespan), we propose heuristics and meta-heuristics methods. A mixed integer mathematical linear programming model and lower bounds are also proposed. From a predefined planning, we propose an exact method based on a mathematical program as weIl as a genetic algorithm of type NSGA-II allowing to deal with disruptions occurred during the project realization. It is, therefore, a reactive approach in which we look for feasible solutions minimizing both the project completion date and the maximum number of resources assignment changes. In the second studied model, we focus on a case where a task exactly requires one skill with preemption possibility only in case of resources unavailability. In this model, a task is also characterized by its release and due date. A cost per person/skill is given. It is, therefore, a bi-objective problem in which the computed solutions must minimize both the maximum tardiness and the project global cost. Heuristics and meta-heuristics are proposed for solving this problem. Some proposed methods are integrated in the framework OFBiz as add-ons.TOURS-Bibl.électronique (372610011) / SudocSudocFranceF

AUTOMATED SCHEDULE GENERATION AND ANALYSIS FROM A CONSTRUCTION REQUIREMENT PERSPECTIVE

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

Constraint propagation techniques for the disjunctive scheduling problem

AbstractConstraint propagation is an elementary method for reducing the search space of combinatorial search and optimization problems which has become more and more important in the last decades. The basic idea of constraint propagation is to detect and remove inconsistent variable assignments that cannot participate in any feasible solution through the repeated analysis and evaluation of the variables, domains and constraints describing a specific problem instance.The contribution of this paper is twofold. The first contribution is a description of efficient constraint propagation methods also known as consistency tests for the disjunctive scheduling problem (DSP) which is a generalization of the classical job shop scheduling problem (JSP). Applying an elementary constraint based approach involving a limited number of search variables, we will derive consistency tests that ensure 3 -b-consistency. We will further present and analyze both new and classical consistency tests which to some extent are generalizations of the aforementioned consistency tests involving a higher number of variables, but still can be implemented efficiently with a polynomial time complexity. Further, the concepts of energetic reasoning and shaving are analyzed and discussed.The other contribution is a classification of the consistency tests derived according to the domain reduction achieved. The particular strength of using consistency tests is based on their repeated application, so that the knowledge derived is propagated, i.e., reused for acquiring additional knowledge. The deduction of this knowledge can be described as the computation of a fixed point. Since this fixed point depends upon the order of the application of the tests, we first derive a necessary condition for its uniqueness. We then develop a concept of dominance which enables the comparison of different consistency tests as well as a simple method for proving dominance. An extensive comparison of all consistency tests is given. Quite surprisingly, we will find out that some apparently stronger consistency tests are subsumed by apparently weaker ones. At the same time an open question regarding the effectiveness of energetic reasoning is answered