3 research outputs found

    Robot planning based on boolean specifications using petri net models

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    In this paper, we propose an automated method for planning a team of mobile robots such that a Boolean-based mission is accomplished. The task consists of logical requirements over some regions of interest for the agents'' trajectories and for their final states. In other words, we allow combinatorial specifications defining desired final states whose attainment includes visits to, avoidance of, and ending in certain regions. The path planning approach should select such final states that optimize a certain global cost function. In particular, we consider minimum expected traveling distance of the team and reduce congestions. A Petri net (PN) with outputs models the movement capabilities of the team and the regions of interest. The imposed specification is translated to a set of linear restrictions for some binary variables, the robot movement capabilities are formulated as linear constraints on PN markings, and the evaluations of the binary variables are linked with PN markings via linear inequalities. This allows us to solve an integer linear programming problem whose solution yields robotic trajectories satisfying the task

    Hybrid multiobjective genetic algorithm for integrated dynamic scheduling and routing of jobs and automated guided vehicles in flexible manufacturing systems

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    The dynamic continues trend of adoption and improvement inventive automated technologies is one of the main competing strategies of many manufacturing industries. Effective integrated operations management of Automated Guided Vehicle (AGV) system in Flexible Manufacturing System (FMS) environment results in the overall system performance. Routing AGVs was proved to be NP-Complete and scheduling of jobs was also proved to be NP hard problems. The running time of any deterministic algorithms solving these types of problems increases very rapidly with the size of the problem, which can be many years with any computational resources available presently. Solving AGVs conflict free routing, dispatching and simultaneous scheduling of the jobs and AGVs in FMS in an integrated manner is identified as the only means of safeguarding the feasibility of the solution to each sub-problem. Genetic algorithm has recorded of huge success in solving NP-Complete optimization problems with similar nature to this problem. The objectives of this research are to develop an algorithm for integrated scheduling and conflict-free routing of jobs and AGVs in FMS environment using a hybrid genetic algorithm, ensure the algorithm validity and improvement on the performance of the developed algorithm. The algorithm generates an integrated scheduling and detail paths route while optimizing makespan, AGV travel time, mean flow time and penalty cost due to jobs tardiness and delay as a result of conflict avoidance. The integrated algorithms use two genetic representations for the individual solution entire sub-chromosomes. The first three sub-chromosomes use random keys to represent jobs sequencing, operations allocation on machines and AGV dispatching, while the remaining sub-chromosomes are representing particular routing paths to be used by each dispatched AGV. The multiobjective fitness function use adaptive weight approach to assign weights to each objective for every generation based on objective improvement performance. Fuzzy expert system is used to control genetic operators using the overall population performance history. The algorithm used weight mapping crossover (WMX) and Insertion Mutation (IM) as genetic operators for sub-chromosomes represented with priority-based representation. Parameterized uniform crossover (PUX) and migration are used as genetic operators for sub-chromosomes represented using random-key based encoding. Computational experiments were conducted on the developed algorithm coded in Matlab to test the effectiveness of the algorithm. First scenario uses static consideration, the second scenario uses dynamic consideration with machine failure recovery. Sensitivity analysis and convergence analysis was also conducted. The results show the effectiveness of the proposed algorithm in generating the integrated scheduling, AGVs dispatching and conflict-free routing. The comparison of the result of the developed integrated algorithm using two benchmark FMS scheduling algorithms datasets is conducted. The comparison shows the improvement of 1.1% and 16% in makespan of the first and the second benchmark production dataset respectively. The major novelty of the algorithm is an integrated approach to the individual sub-problems which ensures the legality, and feasibility of all solutions generated for various sub-problems which in the literature are considered separately

    Contributions to the deadlock problem in multithreaded software applications observed as Resource Allocation Systems

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    Desde el punto de vista de la competencia por recursos compartidos sucesivamente reutilizables, se dice que un sistema concurrente compuesto por procesos secuenciales está en situación de bloqueo si existe en él un conjunto de procesos que están indefinidamente esperando la liberación de ciertos recursos retenidos por miembros del mismo conjunto de procesos. En sistemas razonablemente complejos o distribuidos, establecer una política de asignación de recursos que sea libre de bloqueos puede ser un problema muy difícil de resolver de forma eficiente. En este sentido, los modelos formales, y particularmente las redes de Petri, se han ido afianzando como herramientas fructíferas que permiten abstraer el problema de asignación de recursos en este tipo de sistemas, con el fin de abordarlo analíticamente y proveer métodos eficientes para la correcta construcción o corrección de estos sistemas. En particular, la teoría estructural de redes de Petri se postula como un potente aliado para lidiar con el problema de la explosión de estados inherente a aquéllos. En este fértil contexto han florecido una serie de trabajos que defienden una propuesta metodológica de diseño orientada al estudio estructural y la correspondiente corrección física del problema de asignación de recursos en familias de sistemas muy significativas en determinados contextos de aplicación, como el de los Sistemas de Fabricación Flexible. Las clases de modelos de redes de Petri resultantes asumen ciertas restricciones, con significado físico en el contexto de aplicación para el que están destinadas, que alivian en buena medida la complejidad del problema. En la presente tesis, se intenta acercar ese tipo de aproximación metodológica al diseño de aplicaciones software multihilo libres de bloqueos. A tal efecto, se pone de manifiesto cómo aquellas restricciones procedentes del mundo de los Sistemas de Fabricación Flexible se muestran demasiado severas para aprehender la versatilidad inherente a los sistemas software en lo que respecta a la interacción de los procesos con los recursos compartidos. En particular, se han de resaltar dos necesidades de modelado fundamentales que obstaculizan la mera adopción de antiguas aproximaciones surgidas bajo el prisma de otros dominios: (1) la necesidad de soportar el anidamiento de bucles no desplegables en el interior de los procesos, y (2) la posible compartición de recursos no disponibles en el arranque del sistema pero que son creados o declarados por un proceso en ejecución. A resultas, se identifica una serie de requerimientos básicos para la definición de un tipo de modelos orientado al estudio de sistemas software multihilo y se presenta una clase de redes de Petri, llamada PC2R, que cumple dicha lista de requerimientos, manteniéndose a su vez respetuosa con la filosofía de diseño de anteriores subclases enfocadas a otros contextos de aplicación. Junto con la revisión e integración de anteriores resultados en el nuevo marco conceptual, se aborda el estudio de propiedades inherentes a los sistemas resultantes y su relación profunda con otros tipos de modelos, la confección de resultados y algoritmos eficientes para el análisis estructural de vivacidad en la nueva clase, así como la revisión y propuesta de métodos de resolución de los problemas de bloqueo adaptadas a las particularidades físicas del dominio de aplicación. Asimismo, se estudia la complejidad computacional de ciertas vertientes relacionadas con el problema de asignación de recursos en el nuevo contexto, así como la traslación de los resultados anteriormente mencionados sobre el dominio de la ingeniería de software multihilo, donde la nueva clase de redes permite afrontar problemas inabordables considerando el marco teórico y las herramientas suministradas para subclases anteriormente explotadas
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