AI and OR in management of operations: history and trends

The last decade has seen a considerable growth in the use of Artificial Intelligence (AI) for operations management with the aim of finding solutions to problems that are increasing in complexity and scale. This paper begins by setting the context for the survey through a historical perspective of OR and AI. An extensive survey of applications of AI techniques for operations management, covering a total of over 1200 papers published from 1995 to 2004 is then presented. The survey utilizes Elsevier's ScienceDirect database as a source. Hence, the survey may not cover all the relevant journals but includes a sufficiently wide range of publications to make it representative of the research in the field. The papers are categorized into four areas of operations management: (a) design, (b) scheduling, (c) process planning and control and (d) quality, maintenance and fault diagnosis. Each of the four areas is categorized in terms of the AI techniques used: genetic algorithms, case-based reasoning, knowledge-based systems, fuzzy logic and hybrid techniques. The trends over the last decade are identified, discussed with respect to expected trends and directions for future work suggested

Intelligent systems in manufacturing: current developments and future prospects

Global competition and rapidly changing customer requirements are demanding increasing changes in manufacturing environments. Enterprises are required to constantly redesign their products and continuously reconfigure their manufacturing systems. Traditional approaches to manufacturing systems do not fully satisfy this new situation. Many authors have proposed that artificial intelligence will bring the flexibility and efficiency needed by manufacturing systems. This paper is a review of artificial intelligence techniques used in manufacturing systems. The paper first defines the components of a simplified intelligent manufacturing systems (IMS), the different Artificial Intelligence (AI) techniques to be considered and then shows how these AI techniques are used for the components of IMS

Synthetic rating system for railway bridge management

Railway bridges deteriorate with age. Factors such as environmental effects on different materials of a bridge, variation of loads, fatigue, etc will reduce the remaining life of bridges. Bridges are currently rated individually for maintenance and repair actions according to the structural conditions of their elements. Dealing with thousands of bridges and several factors that cause deterioration, makes the rating process extremely complicated. Current simplified but practical rating methods are not based on an accurate structural condition assessment system. On the other hand, the sophisticated but more accurate methods are only used for a single bridge or particular types of bridges. It is therefore necessary to develop a practical and accurate system which will be capable of rating a network of railway bridges. This paper introduces a new method for rating a network of bridges based on their current and future structural conditions. The method identifies typical bridges representing a group of railway bridges. The most crucial agents will be determined and categorized to criticality and vulnerability factors. Classification based on structural configuration, loading, and critical deterioration factors will be conducted. Finally a rating method for a network of railway bridges that takes into account the effects of damaged structural components due to variations in loading and environmental conditions on the integrity of the whole structure will be proposed. The outcome of this research is expected to significantly improve the rating methods for railway bridges by considering the unique characteristics of different factors and incorporating the correlation between them

A survey of AI in operations management from 2005 to 2009

Purpose: the use of AI for operations management, with its ability to evolve solutions, handle uncertainty and perform optimisation continues to be a major field of research. The growing body of publications over the last two decades means that it can be difficult to keep track of what has been done previously, what has worked, and what really needs to be addressed. Hence this paper presents a survey of the use of AI in operations management aimed at presenting the key research themes, trends and directions of research. Design/methodology/approach: the paper builds upon our previous survey of this field which was carried out for the ten-year period 1995-2004. Like the previous survey, it uses Elsevier’s Science Direct database as a source. The framework and methodology adopted for the survey is kept as similar as possible to enable continuity and comparison of trends. Thus, the application categories adopted are: design; scheduling; process planning and control; and quality, maintenance and fault diagnosis. Research on utilising neural networks, case-based reasoning (CBR), fuzzy logic (FL), knowledge-Based systems (KBS), data mining, and hybrid AI in the four application areas are identified. Findings: the survey categorises over 1,400 papers, identifying the uses of AI in the four categories of operations management and concludes with an analysis of the trends, gaps and directions for future research. The findings include: the trends for design and scheduling show a dramatic increase in the use of genetic algorithms since 2003 that reflect recognition of their success in these areas; there is a significant decline in research on use of KBS, reflecting their transition into practice; there is an increasing trend in the use of FL in quality, maintenance and fault diagnosis; and there are surprising gaps in the use of CBR and hybrid methods in operations management that offer opportunities for future research. Design/methodology/approach: the paper builds upon our previous survey of this field which was carried out for the 10 year period 1995 to 2004 (Kobbacy et al. 2007). Like the previous survey, it uses the Elsevier’s ScienceDirect database as a source. The framework and methodology adopted for the survey is kept as similar as possible to enable continuity and comparison of trends. Thus the application categories adopted are: (a) design, (b) scheduling, (c) process planning and control and (d) quality, maintenance and fault diagnosis. Research on utilising neural networks, case based reasoning, fuzzy logic, knowledge based systems, data mining, and hybrid AI in the four application areas are identified. Findings: The survey categorises over 1400 papers, identifying the uses of AI in the four categories of operations management and concludes with an analysis of the trends, gaps and directions for future research. The findings include: (a) The trends for Design and Scheduling show a dramatic increase in the use of GAs since 2003-04 that reflect recognition of their success in these areas, (b) A significant decline in research on use of KBS, reflecting their transition into practice, (c) an increasing trend in the use of fuzzy logic in Quality, Maintenance and Fault Diagnosis, (d) surprising gaps in the use of CBR and hybrid methods in operations management that offer opportunities for future research. Originality/value: This is the largest and most comprehensive study to classify research on the use of AI in operations management to date. The survey and trends identified provide a useful reference point and directions for future research

Exploration and mining evaluation system and price prediction of uranium resources

Purpose. The paper introduces the development of the Uranium Resources Technical and Economic Evaluation Expert System (URTEEES) from the viewpoint of requirement analysis, system design, functional structure and application etc. Methods. The system is based on C/B/S mixed mode and applies ASP.NET technology with .Net Framework being selected as the development platform as well as the uranium resources database providing data support at the bottom layer. The paper also proves the efficiency of the system in the context of certain case studies. Findings. Since the system can performs the functions of scenario analysis, sensitivity analysis, shareholder’s returns analysis, horizontal comparison of different projects, it can improve the ability of project senior decision-makers for rapid response to the rivals and meet the demand of pricing negotiations. Moreover, the system demonstrates its efficiency in the context of case studies as the system incorporates a number of advanced methods, e.g. the Quantum Particle Swarm Optimization (QPSO) Back Propagation (BP) QPSO-BP model which can improve the generalization ability of BP network to predict the uranium price. Originality. Technical and economic evaluation model can be set up by users independently according to the current stage of a project (mainly, these are exploration stage, development stage and production stage) as well as according to the selected mining method (e.g. underground mining, surface mining, or in-situ leaching mining). Then, the technical and economic evaluation parameters can be generated. By means of inputting the value of each parameter in a simple and convenient way, the evaluation results can be calculated directly and shown in the form of diagrams; moreover, feasibility evaluation report can be generated automatically, making the process of technical and economic evaluation accurate and efficient. Practical implications. URTEEES performs the functions of decision-making analysis, metal resources database management, data management, comprehensive query etc. The system is a good basis for further development of other expert systems.Мета. Розробка експертно-аналітичної системи техніко-економічного оцінювання запасів урану з точки зору аналізу вимог, системи проектування, функціональної структури і напрямів застосування. Методика. Проектна система повинна включати два основні блоки. Перший – існуючі дані щодо оцінки ресурсів урану для отримання відповідних параметрів, які можуть бути використані для створення моделей оцінки й забезпечення основи для їх порівняння при оцінці нового проекту. Другий – допоміжна інформація, така як закони і правила, культурна інформація, яка насправді є накопиченням даних проекту і досвіду. Пропонована система заснована на використанні комбінованого режиму C/B/S; при цьому система використовує технологію ASP.NET с Nеt Framework, обрану в якості платформи розробки, а також базу даних по запасах урану, що забезпечує інформаційну підтримку на нижньому рівні. Результати. Розроблена нова система URTEEES виконує функції імовірнісного аналізу, аналізу чутливості, аналізу прибутковості для акціонерів, а також горизонтальне порівняння різних проектів, отже, може поліпшити результативність прийняття рішень керівниками проекту для швидкого реагування на дії конкурентів, крім того, дана система відповідає вимогам процесу ціноутворення. Реалізація проектної системи показує високу ефективність, оскільки включає в себе безліч методів з поліпшеними характеристиками, наприклад, модель QPSO-BP, яка удосконалила узагальнюючі можливості нейронної мережі ВР з метою оптимізації та ефективного прогнозування ціни на уран. Наукова новизна. В системі розроблена модель техніко-економічного оцінювання в залежності від стадійності реалізації проекту (в основному, це стадія геологорозвідувальних робіт, стадія розробки родовища і стадія промислового видобутку), а також способу ведення гірничих робіт (наприклад, підземні гірничі роботи, відкриті гірничі роботи або ж роботи, пов’язані з підземним вилуговуванням), а результати оцінювання можна безпосередньо підрахувати і представити наочно у вигляді діаграм. Крім того, представляється можливим автоматично сформувати техніко-економічне обґрунтування, що дозволяє зробити процес техніко-економічного оцінювання точним і ефективним. Практична значимість. Система URTEEES дозволяє виконувати функції аналізу процесу прийняття рішень, управління базою даних запасів металів, управління даними, універсальної пошукової системи в гірничодобувній промисловості.Цель. Разработка экспертно-аналитической системы технико-экономического оценивания запасов урана с точки зрения анализа требований, системы проектирования, функциональной структуры и применения. Методика. Проектная система должна включать два основных блока. Первый – существующие данные об оценке ресурсов урана для получения соответствующих параметров, которые могут быть использованы для создания моделей оценки и обеспечения основы для их сравнения при оценке нового проекта. Второй – вспомогательная информация, такая как законы и правила, культурная информация, которая на самом деле является накоплением данных проекта и опыта. Предлагаемая система основана на использовании комбинированного режима C/B/S; при этом система использует технологию ASP.NET с Net Framework, выбранную в качестве платформы разработки, а также базу данных по запасам урана, что обеспечивает информационную поддержку на нижнем уровне. Результаты. Разработанная система выполняет функции вероятностного анализа, анализа чувствительности, анализа доходности для акционеров, а также горизонтальное сравнение различных проектов, следовательно, может улучшить результативность принятия решений руководителями проекта для быстрого реагирования на действия конкурентов; кроме того, данная система соответствует требованиям процесса ценообразования. Реализация проектной системы показывает высокую эффективность, поскольку включает в себя множество методов с улучшенными характеристиками, например, модель QPSO-BP, которая усовершенствовала обобщающие возможности нейронной сети BP с целью оптимизации и эффективного прогнозирования цены на уран. Научная новизна. В системе разработана модель технико-экономического оценивания в зависимости от стадийности реализации проекта (в основном, это стадия геологоразведочных работ, стадия разработки месторождения и стадия промышленной добычи), а также способа ведения горных работ (например, подземные горные работы, открытые горные работы или же работы, связанные с подземным выщелачиванием), а результаты оценивания можно непосредственно подсчитать и представить наглядно в виде диаграмм. Кроме того, представляется возможным автоматически сформировать технико-экономическое обоснование, что позволяет сделать процесс технико-экономического оценивания точным и эффективным. Практическая значимость. Система URTEEES позволяет выполнять функции анализа процесса принятия решений, управления базой данных запасов металлов, управления данными, универсальной поисковой системы в горнодобывающей промышленности.This research project is made possible through the financial support from National Natural Science Foundation of China (No.51374242, No.51404305 and No.51504286)