Cyclic scheduling in flow lines: Modeling observations, effective heuristics and a cycle time minimization procedure

In this paper we address the cyclic scheduling problem in flow lines. We develop a modeling framework and an integer programming formulation of the problem. We subsequently present exact and approximate solution procedures. The exact solution procedure is a branch-and-bound algorithm which uses Lagrangian and station-based relaxations of the integer programming formulation of the problem as the lower bounding method. Our heuristic procedures show a performance superior to the available ones in the literature. Finally, we address the stability issue in cyclic scheduling, demonstrate its relationship to the work-in-progress inventory control of a flow line, and present a very simple procedure to generate stable schedules in flow lines. © 1996 John Wuey & Sons, Inc

Cyclic scheduling to minimize inventory in a batch flow line

This paper addresses the problem of determining a cyclic schedule for batch production on a flow line. We assume a constant supply of raw materials and a constant demand for all finished goods. Material that has completed processing at one stage is transferred to the next stage in small transfer batches. Inventory may be held before the line, at the end of the line, or between any pair of adjacent stations. The objective is to find a sequence of production and a cycle length that minimize the average cost per unit time of holding inventory. A linear programming formulation is given that determines the optimal cycle length and finishing times for a given set of sequences, one for each machine. Two heuristics are presented for finding near-optimal sequences: one is applicable to the special case of a two-machine flow line; the others are applicable to an m-machine line and focus on different aspects of the problem (e.g., cycle stock or work-in-process inventory). From a computational study, we have observed that: 1) permutation schedules, i.e., schedules with the same sequence on all machines, are nearly always optimal, 2) the heuristics produce near optimal solutions, 3) the batching decision, i.e., the choice of cycle length, is substantially more significant than the sequencing decision for minimizing inventory costs.Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/31508/1/0000430.pd

Developing manufacturing control software: A survey and critique

The complexity and diversity of manufacturing software and the need to adapt this software to the frequent changes in the production requirements necessitate the use of a systematic approach to developing this software. The software life-cycle model (Royce, 1970) that consists of specifying the requirements of a software system, designing, implementing, testing, and evolving this software can be followed when developing large portions of manufacturing software. However, the presence of hardware devices in these systems and the high costs of acquiring and operating hardware devices further complicate the manufacturing software development process and require that the functionality of this software be extended to incorporate simulation and prototyping.Peer Reviewedhttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/45542/1/10696_2005_Article_BF01328739.pd

Optimal Cyclic Schedules for Job Shops with Identical Jobs

Optimal Cyclic Schedules for Job Shops with Identical Job

Optimisation pour l'ordonnancement et le spatial

L’optimisation de processus complexes fait l’objet d’études en Recherche Opérationnelle et Optimisation Mathématique. Mes travaux en optimisation se sont concentrés sur deux types d’application : les problèmes d’ordonnancement et les problèmes issus du spatial. Parmi les problèmes d’ordonnancement, les problèmes cycliques correspondent à ceux pour lesquelles les tâches se répètent périodiquement. Ces problèmes ont été étudiés dans la littérature mais la plupart des travaux considèrent des paramètres déterministes. Pourtant, des incertitudes, comme la durée d’execution des tâches, peuvent survenir. Mes travaux sur l’ordonnancement cyclique visent à considérer ces incertitudes sous la forme d’un problème d'optimisation robuste bi-niveau. Une méthode de résolution basée sur une décomposition de Benders pour la version flexible du problème d'ordonnancement cyclique constitue une autre contribution dans ce domaine. Concernant les problématiques du spatial, les technologies modernes posent de nouveaux problèmes d’optimisation que nous tentons de résoudre tels que l’optimisation du placement de faisceau d’un satellite de télécommunication. Pour résoudre ce problème, nous proposons un encadrement paramétrable de la norme euclidienne dans le plan

Programmation linéaire en nombres entiers pour l'ordonnancement cyclique sous contraintes de ressources

Un problème d'ordonnancement cyclique consiste à ordonner dans le temps l'exécution répétitive d'un ensemble d'opérations liées par des contraintes de précédence, en utilisant un nombre limité de ressources. Ces problèmes ont des applications immédiates dans les systèmes de production ou en informatique parallèle. Particulièrement, ils permettent de modéliser l'ensemble des contraintes de précédence et de ressource à prendre en compte pour l'ordonnancement d'instructions dans les processeurs de type VLIW (Very Long Instruction Word). Dans ce cas, une opération représente une instance d'une instruction dans un programme. L'ordonnancement d'instructions de boucles internes est connu sous le nom de pipeline logiciel. Le pipeline logiciel désigne une méthode efficace pour l'optimisation de boucles qui permet la réalisation en parallèle des opérations des différentes itérations de la boucle. Dans cette thèse, nous nous intéressons principalement au problème d'ordonnancement périodique qui est un cas particulier de l'ordonnancement cyclique et qui est également la base du pipeline logiciel. Le terme ordonnancement modulo désigne un ordonnancement périodique tel que l'allocation de ressources pour une opération donnée n'est pas modifiée d'une itération sur l'autre. Pour résoudre le problème, nous nous intéressons aux formulations de programmation linéaire en nombres entiers, et notamment à la résolution du problème par des techniques de séparation, évaluation, génération de colonnes, relaxation lagrangienne et des méthodes hybrides. En particulier, nous proposons des nouvelles formulations basées sur des variables binaires représentant l'exécution d'ensembles d'instructions en parallèle. Enfin, les méthodes développées ont été validées sur des jeux d'instances industrielles pour des processeurs de type VLIW.The resource-constrained modulo scheduling problem (RCMSP) is a general periodic cyclic scheduling problem, abstracted from the problem solved by compilers when optimizing inner loops at instruction level for very long instruction word parallel processors. Since solving the instruction scheduling problem at compilation phase in less time critical than for real time scheduling, integer linear programming (ILP) is a relevant technique for the RCMSP. In this work, we are interested in the methods based on the integer linear programming for the RCMSP. At first, we present a study of the two classic integer linear formulation for the RCMSP. A theoretical evidence of the equivalence between the classic formulations is shown in terms of linear programming (LP) relaxation. Secondly, based on the ILP formulations for the RCMSP, stronger formulations for the RCMSP derived from Dantzig-Wolfe decomposition are presented. In these formulations, the number of variables can be huge, for this reason, we proposed a column generation scheme to solve their LP relaxations. We propose also the heuristics methods based on the Lagragian relaxation and decomposed software pipelining. The heuristic methods search the transformation of the classic integer linear programming for the RCMSP for the performance improvement in the time for the search of solutions. All formulations are compared experimentally on problem instances generated from real data issued from the STMicroelectronics ST200 VLIW processor family

Ordonnancement cyclique robuste appliqué à la gestion des conteneurs dans les ports maritimes de taille moyenne

This PhD thesis is dedicated to propose a robust cyclic scheduling methodology applied to container management of medium sized seaport which faces ever changing terminal conditions and the limited predictability of future events and their timing. The robust cyclic scheduling can be seen not just a predictable scheduling to compute a container transportation schedule, but also a reactive scheduling to eliminate the disturbances in real time. In this work, the automated intelligent vehicles (AIV) are used to transport the containers, and the P-time strongly connected event graph (PTSCEG) is used as a graphical tool to model the container transit procedures. Before the arrival of the container vessel, a cyclic container transit schedule can be given by the mixed integer programming (MIP) method in short time. The robustness margins on the nodes of the system can be computed by robustness algorithms in polynomial computing time. After the stevedoring begins, this robust cyclic schedule is used. When a disturbance is observed in system, it should be compared with the known robustness margin. If the disturbance belongs to the robustness margin, the robustness algorithm is used to eliminate the disturbance in a few cycle times. If not, the MIP method is used to compute a new cyclic schedule in short timeCette thèse présente une méthodologie d’ordonnancement cyclique robuste appliquée à la gestion des conteneurs dans les ports maritimes de taille moyenne. Ces derniers sont sujet constamment à des variations des conditions des terminaux, la visibilité réduite sur des évènements futurs ne permet pas de proposer une planification précise des tâches à accomplir. L’ordonnancement cyclique robuste peut jouer un rôle primordial. Il permettra non seulement de proposer un ordonnancement prédictif pour le transport des conteneurs, mais aussi, il proposera également une planification robuste permettant d’éliminer les perturbations éventuelles en temps réel. Dans ce travail nous utilisons les Véhicules Intelligents Automatisés (AIV) pour transporter les conteneurs et nous modélisons les procédures de transit de ces derniers par des graphes d’évènements P-temporels fortement connexes (PTSCEG). Avant l’arrivée d’un porte conteneur au port, un plan (planning) de transport des conteneurs est proposé en un temps court par la programmation linéaire mixte (MIP). Des algorithmes polynomiaux de calcul de robustesse permettent de calculer sur les différents nœuds du système les marges de robustesse. Une fois le navire à quai, l’ordonnancement cyclique robuste est appliqué. Lorsqu’une perturbation est observée (localisée) dans le système, une comparaison avec la marge de robustesse connue est effectuée. Si cette perturbation est incluse dans la marge de robustesse, l’algorithme robuste est utilisé pour éliminer ces perturbations en quelques cycles. Dans le cas où la perturbation est trop importante, la méthode MIP est utilisée pour calculer un nouvel ordonnancement cyclique en un temps rédui