Meta-heuristics for stable scheduling on a single machine.

This paper presents a model for single-machine scheduling with stability objective and a common deadline. Job durations are uncertain, and our goal is to ensure that there is little deviation between planned and actual job starting times. We propose two meta-heuristics for solving an approximate formulation of the model that assumes that exactly one job is disrupted during schedule execution, and we also present a meta-heuristic for the global problem with independent job durationsMeta-heuristics; Robustness; Single-machine scheduling; Uncertainty;

Algorithms for Resource Constraint Project Scheduling Problem

Cieľom diplomovej práce je implementácia niekoľkých algoritmov pre riešenie problémov známych ako RCPSP – resource constraint project scheduling problem. Takýto problém môžeme popísať ako súbor zdrojov s obmedzenou kapacitou, ktoré majú byť priradené k súboru výkonávaných aktivít alebo úloh. Aktivity majú definované časové trvanie a musia byť vykonávané v danom poradí. Dané algoritmy budú vytvárať rozvrhy aktivít projektu. Budeme sa zameriavať na rozvrhy, pre ktoré sú dodržané všetky závislosti medzi aktivitami, a nie je prekročená kapacita žiadneho zdroja. Popíšeme si jednotlivé algoritmy riešiace tento problém a dátové štruktúry, ktoré budeme pri riešení problému používať. Zameriame sa na dva typy algoritmov – algoritmus vetiev a hraníc a jeho skrátené verzie a algoritmy pracujúce s prioritnými pravidlami. Nakoniec prevedieme sériu testov, ktoré nám vyhodnotia efektívnosť implementovaných algoritmov.The aim of the diploma thesis is the implementation of several algorithms for solving problems known as RCPSP - resource constraint project scheduling problem. This problem can be described as a set of resources with limited capacity to be associated with a set of activities or tasks. Activities have a defined time duration and must be performed in given order. The algorithms create schedules for project activities. We will focus on schedules for which all dependencies between activities are respected and no capacity of any resource is exceeded. We will describe the algorithms that solve this problem and the data structures we will use. We focus on two types of algorithms - branch and bound algorithm and its truncated varsions and algorithms working with priority rules. Finally, we will perform a series of tests to evaluate the effectiveness of implemented algorithms.460 - Katedra informatikydobř

Solving the Resource Constrained Project Scheduling Problem with Generalized Precedences by Lazy Clause Generation

The technical report presents a generic exact solution approach for minimizing the project duration of the resource-constrained project scheduling problem with generalized precedences (Rcpsp/max). The approach uses lazy clause generation, i.e., a hybrid of finite domain and Boolean satisfiability solving, in order to apply nogood learning and conflict-driven search on the solution generation. Our experiments show the benefit of lazy clause generation for finding an optimal solutions and proving its optimality in comparison to other state-of-the-art exact and non-exact methods. The method is highly robust: it matched or bettered the best known results on all of the 2340 instances we examined except 3, according to the currently available data on the PSPLib. Of the 631 open instances in this set it closed 573 and improved the bounds of 51 of the remaining 58 instances.Comment: 37 pages, 3 figures, 16 table

A partition‑based branch‑and‑bound algorithm for the project duration problem with partially renewable resources and general temporal constraints

The concept of partially renewable resources provides a general modeling framework that can be used for a wide range of different real-life applications. In this paper, we consider a resource-constrained project duration problem with partially renewable resources, where the temporal constraints between the activities are given by minimum and maximum time lags. We present a new branch-and-bound algorithm for this problem, which is based on a stepwise decomposition of the possible resource consumptions by the activities of the project. It is shown that the new approach results in a polynomially bounded depth of the enumeration tree, which is obtained by kind of a binary search. In a comprehensive experimental performance analysis, we compare our exact solution procedure with all branch-and-bound algorithms and state-of-the-art heuristics from the literature on different benchmark sets. The results of the performance study reveal that our branch-and-bound algorithm clearly outperforms all exact solution procedures. Furthermore, it is shown that our new approach dominates the state-of-the-art heuristics on well known benchmark instances

On the integration of diverging material flows into resource‐constrained project scheduling

This study deals with an extension of the resource-constrained project scheduling problem (RCPSP) by constraints on material flows released during the execution of project activities. These constraints arise from limited processing capacities for materials and maximum inventories of intermediate storage facilities. Production scheduling problems with converging material flows have been studied extensively. However, this is the first project scheduling problem integrating diverging material flows typically observed in dismantling projects, e.g., building deconstruction, power plant decommissioning, or battery/car decommissioning. Diverging material flows do not directly impact the project planning but only impose delays in the case of congestion. We model material flows by using operations that represent the processing of materials, and cumulative resources that represent storage facilities. As a method for efficiently generating starting solutions, we propose a schedule generation scheme tailored to the particular precedence structure of such problems. Furthermore, we extensively study the schedule generation scheme’s performance on generated test instances and compare it to the constraint programming solver IBM ILOG CP Optimizer. It turns out that the solution quality strongly depends on the employed model and that neither of the two solution methods is generally superior

Relaxation Adaptive Memory Programming For The Resource Constrained Project Scheduling Problem

The resource constrained project scheduling problem (RCPSP) is one of the most intractable problems in operations research; it is NP-hard in the strong sense. Due to the hardness of the problem, exact solution methods can only tackle instances of relatively small size. For larger instances commonly found in real applications heuristic solution methods are necessary to find near-optimal solutions within acceptable computation time limits. In this study algorithms based on the relaxation adaptive memory programming (RAMP) method (Rego, 2005) are developed for the purpose of solving the RCPSP. The RAMP algorithms developed here combine mathematical relaxation, including Lagrangian relaxation and surrogate constraint relaxation, with tabu search and genetic algorithms. Computational tests are performed on an extensive set of benchmark instances. The results demonstrate the capability of the proposed approaches to the solution of RCPSPs of different sizes and characteristics and provide meaningful insights to the potential application of these approaches to other more complex resource-constrained scheduling problems

Decomposition methods for mixed-integer nonlinear programming

En esta tesis se pueden distinguir dos líneas principales de investigación. La primera se ocupa de los métodos de Aproximación Externa (Outer Approximation), mientras que la segunda estudia un solución basada en el método de Generación de Columnas (Column Generation). En esta tesis investigamos y analizamos aspectos teóricos y prácticos de ambas ideas dentro del marco de la descomposición. El objetivo principal de este estudio es desarrollar métodos sistemáticos basados en la descomposición para resolver problemas de gran escala utilizando los métodos de Aproximación Externa y Generación de Columnas. En el capítulo 1 se introduce un concepto importante necesario para la descomposición. Este concepto consiste en una reformulación separable en bloques del problema de programación no lineal de enteros mixtos. En el capítulo 1 también se hace una descripción de los métodos mencionados anteriormente, incluyendo los de Ramificación y Acotación, además de otros conceptos clave que son necesarios para esta tesis, como por ejemplo los de Aproximación Interior, etc. Los capítulos 2, 3 y 4 investigan el uso del concepto de Aproximación Externa. Específicamente, en el capítulo 2 se presenta un algoritmo de Aproximación Externa basado en descomposición para resolver problemas de programación no-lineales convexos enteros-mixtos, basados en la construcción de hiperplanos soporte para un conjunto factible. El capítulo 3 amplia el marco de aplicación de un algoritmo de Aproximación Externa basado en descomposición, a problemas de programación no lineales no convexos enteros mixtos, introduciendo una Aproximación Externa convexa por partes de un conjunto factible no convexo. Otra perspectiva de la definición de Aproximación Externa para problemas no convexos se considera en el capítulo 4, que presenta un algoritmo de Refinamiento Interno y Externo basado en descomposición, que construye una Aproximación Externa al mismo tiempo que calcula la Aproximación Interna usando Generación de Columnas. La Aproximación Externa usada en el algoritmo de Refinamiento Interno y Externo se basa en la visión multiobjetivo de la denominada versión recursos restringidos del problema original. Dos capítulos están dedicados a la Generación de Columnas. En el capítulo 4 se presenta un algoritmo de Generación de Columnas para calcular una Aproximación Interna del problema original. Además se describe un algoritmo heurístico basado en particiones que usa un refinamiento de la Aproximación Interna. El capítulo 5 analiza varias técnicas de aceleración para la Generación de Columnas, donde se describe un algoritmo heurístico general basado en la Generación de Columnas, que puede generar varias soluciones candidatas de alta calidad. El capítulo 6 contiene una breve descripción de la implementación en Python de DECOGO (software de programación no lineal de enteros mixtos).La programación no lineal de enteros mixtos es un campo de optimización importante y desafiante. Este tipo de problemas pueden contener variables continuas e enteras, así como restricciones lineales y no lineales. Esta clase de problemas tiene un papel fundamental en la ciencia y la industria, ya que proporcionan una forma precisa de describir fenómenos en diferentes áreas como ingeniería química y mecánica, cadena de suministro, gestión, etc. La mayoría de los algoritmos de última generación para resolver los problemas de programación no lineal de enteros mixtos no convexos están basados en los métodos de ramificación y acotación. El principal inconveniente de este enfoque es que el árbol de búsqueda puede crecer muy rápido impidiendo que el algoritmo encuentre una solución de alta calidad en un tiempo razonable. Una posible alternativa que evite la generación de grandes árboles consiste en hacer uso del concepto de descomposición para hacer que el procedimiento sea más manejable. La descomposición proporciona un marco general en el que el problema original se divide en pequeños subproblemas y sus resultados se combinan en un problema maestro más sencillo. Esta tesis analiza los métodos de descomposición para la programación no lineal de enteros mixtos. El principal objetivo de esta tesis es desarrollar métodos alternativos al de ramificación y acotación, basados en el concepto de descomposición. Para la industria y la ciencia, es importante calcular una solución óptima, o al menos, mejorar la mejor solución disponible hasta ahora. Además, esto debe hacerse en un plazo de tiempo razonable. Por lo tanto, el objetivo de esta tesis es diseñar algoritmos eficientes que permitan resolver problemas de gran escala que tienen una aplicación práctica directa. En particular, nos centraremos en modelos que pueden ser aplicados en la planificación y operación de sistemas energéticos

Methods and algorithms for integrated multi-scale optimisation of production planning and scheduling

Imperial Users onl

Permanente Optimierung dynamischer Probleme der Fertigungssteuerung unter Einbeziehung von Benutzerinteraktionen

Trotz enormen Forschungsaufwands erhalten die Entscheider in der Fertigungssteuerung nur rudimentäre Rechnerunterstützung. Diese Arbeit schlägt ein umfassendes Konzept für eine permanent laufende algorithmische Feinplanung vor, die basierend auf einer Analyse des Optimierungspotentials und -bedarfs intelligent mit den Entscheidern kollaboriert und zeitnah auf Fertigungsereignisse reagiert. Dynamische Simulationen mit Unternehmensdaten bestätigen die Praxistauglichkeit des Konzepts