Heuristics Techniques for Scheduling Problems with Reducing Waiting Time Variance

In real computational world, scheduling is a decision making process. This is nothing but a systematic schedule through which a large numbers of tasks are assigned to the processors. Due to the resource limitation, creation of such schedule is a real challenge. This creates the interest of developing a qualitative scheduler for the processors. These processors are either single or parallel. One of the criteria for improving the efficiency of scheduler is waiting time variance (WTV). Minimizing the WTV of a task is a NP-hard problem. Achieving the quality of service (QoS) in a single or parallel processor by minimizing the WTV is a problem of task scheduling. To enhance the performance of a single or parallel processor, it is required to develop a stable and none overlap scheduler by minimizing WTV. An automated scheduler\u27s performance is always measured by the attributes of QoS. One of the attributes of QoS is ‘Timeliness’. First, this chapter presents the importance of heuristics with five heuristic-based solutions. Then applies these heuristics on 1‖WTV minimization problem and three heuristics with a unique task distribution mechanism on Qm|prec|WTV minimization problem. The experimental result shows the performance of heuristic in the form of graph for consonant problems

Dynamic scheduling in a multi-product manufacturing system

To remain competitive in global marketplace, manufacturing companies need to improve their operational practices. One of the methods to increase competitiveness in manufacturing is by implementing proper scheduling system. This is important to enable job orders to be completed on time, minimize waiting time and maximize utilization of equipment and machineries. The dynamics of real manufacturing system are very complex in nature. Schedules developed based on deterministic algorithms are unable to effectively deal with uncertainties in demand and capacity. Significant differences can be found between planned schedules and actual schedule implementation. This study attempted to develop a scheduling system that is able to react quickly and reliably for accommodating changes in product demand and manufacturing capacity. A case study, 6 by 6 job shop scheduling problem was adapted with uncertainty elements added to the data sets. A simulation model was designed and implemented using ARENA simulation package to generate various job shop scheduling scenarios. Their performances were evaluated using scheduling rules, namely, first-in-first-out (FIFO), earliest due date (EDD), and shortest processing time (SPT). An artificial neural network (ANN) model was developed and trained using various scheduling scenarios generated by ARENA simulation. The experimental results suggest that the ANN scheduling model can provided moderately reliable prediction results for limited scenarios when predicting the number completed jobs, maximum flowtime, average machine utilization, and average length of queue. This study has provided better understanding on the effects of changes in demand and capacity on the job shop schedules. Areas for further study includes: (i) Fine tune the proposed ANN scheduling model (ii) Consider more variety of job shop environment (iii) Incorporate an expert system for interpretation of results. The theoretical framework proposed in this study can be used as a basis for further investigation

Flowshop Scheduling Problems with a Position-Dependent Exponential Learning Effect

We consider a permutation flowshop scheduling problem with a position-dependent exponential learning effect. The objective is to minimize the performance criteria of makespan and the total flow time. For the two-machine flow shop scheduling case, we show that Johnson’s rule is not an optimal algorithm for minimizing the makespan given the exponential learning effect. Furthermore, by using the shortest total processing times first (STPT) rule, we construct the worst-case performance ratios for both criteria. Finally, a polynomial-time algorithm is proposed for special cases of the studied problem

Job Shop Scheduling Problem: an Overview

The Job-shop scheduling is one of the most important industrial activities, especially in manufacturing planning. The problem complexity has increased along with the increase in the complexity of operations and product-mix. To solve this problem, numerous approaches have been developed incorporating discrete event simulation methodology. The scope and the purpose of this paper is to present a survey which covers most of the solving techniques of Job Shop Scheduling (JSS) problem. A classification of these techniques has been proposed: Traditional Techniques and Advanced Techniques. The traditional techniques to solve JSS could not fully satisfy the global competition and rapidly changing in customer requirements. Simulation and Artificial Intelligence (AI) have proven to be excellent strategic tool for scheduling problems in general and JSS in particular. The paper defined some AI techniques used by manufacturing systems. Finally, the future trends are proposed briefly

A survey of scheduling problems with setup times or costs

Author name used in this publication: C. T. NgAuthor name used in this publication: T. C. E. Cheng2007-2008 > Academic research: refereed > Publication in refereed journalAccepted ManuscriptPublishe

Adaptive Order Dispatching based on Reinforcement Learning: Application in a Complex Job Shop in the Semiconductor Industry

Heutige Produktionssysteme tendieren durch die Marktanforderungen getrieben zu immer kleineren Losgrößen, höherer Produktvielfalt und größerer Komplexität der Materialflusssysteme. Diese Entwicklungen stellen bestehende Produktionssteuerungsmethoden in Frage. Im Zuge der Digitalisierung bieten datenbasierte Algorithmen des maschinellen Lernens einen alternativen Ansatz zur Optimierung von Produktionsabläufen. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen eine hohe Leistungsfähigkeit von Verfahren des Reinforcement Learning (RL) in einem breiten Anwendungsspektrum. Im Bereich der Produktionssteuerung haben sich jedoch bisher nur wenige Autoren damit befasst. Eine umfassende Untersuchung verschiedener RL-Ansätze sowie eine Anwendung in der Praxis wurden noch nicht durchgeführt. Unter den Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung gewährleistet die Auftragssteuerung (order dispatching) eine hohe Leistungsfähigkeit und Flexibilität der Produktionsabläufe, um eine hohe Kapazitätsauslastung und kurze Durchlaufzeiten zu erreichen. Motiviert durch komplexe Werkstattfertigungssysteme, wie sie in der Halbleiterindustrie zu finden sind, schließt diese Arbeit die Forschungslücke und befasst sich mit der Anwendung von RL für eine adaptive Auftragssteuerung. Die Einbeziehung realer Systemdaten ermöglicht eine genauere Erfassung des Systemverhaltens als statische Heuristiken oder mathematische Optimierungsverfahren. Zusätzlich wird der manuelle Aufwand reduziert, indem auf die Inferenzfähigkeiten des RL zurückgegriffen wird. Die vorgestellte Methodik fokussiert die Modellierung und Implementierung von RL-Agenten als Dispatching-Entscheidungseinheit. Bekannte Herausforderungen der RL-Modellierung in Bezug auf Zustand, Aktion und Belohnungsfunktion werden untersucht. Die Modellierungsalternativen werden auf der Grundlage von zwei realen Produktionsszenarien eines Halbleiterherstellers analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass RL-Agenten adaptive Steuerungsstrategien erlernen können und bestehende regelbasierte Benchmarkheuristiken übertreffen. Die Erweiterung der Zustandsrepräsentation verbessert die Leistung deutlich, wenn ein Zusammenhang mit den Belohnungszielen besteht. Die Belohnung kann so gestaltet werden, dass sie die Optimierung mehrerer Zielgrößen ermöglicht. Schließlich erreichen spezifische RL-Agenten-Konfigurationen nicht nur eine hohe Leistung in einem Szenario, sondern weisen eine Robustheit bei sich ändernden Systemeigenschaften auf. Damit stellt die Forschungsarbeit einen wesentlichen Beitrag in Richtung selbstoptimierender und autonomer Produktionssysteme dar. Produktionsingenieure müssen das Potenzial datenbasierter, lernender Verfahren bewerten, um in Bezug auf Flexibilität wettbewerbsfähig zu bleiben und gleichzeitig den Aufwand für den Entwurf, den Betrieb und die Überwachung von Produktionssteuerungssystemen in einem vernünftigen Gleichgewicht zu halten