Problèmes de planification et d'ordonnancement de la production sous les aspects énergétiques

In the last few years, economic and societal developments have led to a rapid increase in energy consumption. Moreover, in almost every industrial nation, electricity prices, one of the main energy sources used in the manufacturing factories, have been rising continuously. Therefore, improving electric power efficiency and saving electricity plays a very important role in modern industries. Recently, several studies are devoted to integrate energy efficiency into the scheduling problems. However, only few of them considered a multi-states machine-scheduling problem under time varied energy prices. Therefore, this thesis deals with the case of a single machine scheduling problem with different operating states characterized by different speeds and energy consumptions. It aims to provide a complete study to investigate the complexity and the optimization methods of different variant of this problem. For this purpose, a dynamic programming approach based on a finite graph is used to model several problems and establish their complexities. We also address different mathematical formulations and optimization methods to solve the NP-hard variants of this problem. A new heuristic algorithm and a genetic algorithm are proposed for the single machine scheduling problem with multi-states and the Time-Of-Use electricity (TOU) costs. A heuristic algorithm, a genetic algorithm as well as a memetic algorithm are proposed for the single machine scheduling problem with multi-states, multi-speeds, TOU costs and different energy consumptions for the jobs.Ces dernières années, les évolutions économiques et sociétales ont entraîné une augmentation rapide de la consommation d'énergie. De plus, dans presque tous les pays industriels, le prix de l’électricité a augmenté continuellement. L'amélioration de l'efficacité énergétique et la réduction de la consommation d'électricité jouent donc un rôle très important dans les industries modernes. Récemment, plusieurs études ont été consacrées à l’intégration de l’efficacité énergétique dans les problèmes d’ordonnancement. Cependant, seuls certains travaux précédents considéraient un problème d'une seule machine multi-états avec différents prix d’énergie. Cette thèse aborde le cas d'un problème d'ordonnancement d'une seule machine avec différents états de fonctionnement caractérisés par différentes vitesses et consommations d'énergie. Cette thèse vise à fournir une étude complète pour étudier la complexité et les méthodes d'optimisation des différentes variantes de ce problème. Dans ce but, une nouvelle approche de programmation dynamique basée sur un graphe fini est utilisée pour modéliser plusieurs problèmes et établir leur complexité. Nous abordons également différentes formulations mathématiques et méthodes d'optimisation pour résoudre les variantes NP-difficile de ce problème. Des méthodes approchées sont proposées pour résoudre le problème d'ordonnancement d'une seule machine avec multi-états et les coûts d'électricité de temps d'utilisation dans le cas avec vitesse unique ainsi que dans le cas avec vitesse multiple et différentes consommations d’énergie pour les tâches

Problèmes de planification et d'ordonnancement de la production sous les aspects énergétiques

Ces dernières années, les évolutions économiques et sociétales ont entraîné une augmentation rapide de la consommation d'énergie. De plus, dans presque tous les pays industriels, le prix de l’électricité a augmenté continuellement. L'amélioration de l'efficacité énergétique et la réduction de la consommation d'électricité jouent donc un rôle très important dans les industries modernes. Récemment, plusieurs études ont été consacrées à l’intégration de l’efficacité énergétique dans les problèmes d’ordonnancement. Cependant, seuls certains travaux précédents considéraient un problème d'une seule machine multi-états avec différents prix d’énergie. Cette thèse aborde le cas d'un problème d'ordonnancement d'une seule machine avec différents états de fonctionnement caractérisés par différentes vitesses et consommations d'énergie. Cette thèse vise à fournir une étude complète pour étudier la complexité et les méthodes d'optimisation des différentes variantes de ce problème. Dans ce but, une nouvelle approche de programmation dynamique basée sur un graphe fini est utilisée pour modéliser plusieurs problèmes et établir leur complexité. Nous abordons également différentes formulations mathématiques et méthodes d'optimisation pour résoudre les variantes NP-difficile de ce problème. Des méthodes approchées sont proposées pour résoudre le problème d'ordonnancement d'une seule machine avec multi-états et les coûts d'électricité de temps d'utilisation dans le cas avec vitesse unique ainsi que dans le cas avec vitesse multiple et différentes consommations d’énergie pour les tâches.In the last few years, economic and societal developments have led to a rapid increase in energy consumption. Moreover, in almost every industrial nation, electricity prices, one of the main energy sources used in the manufacturing factories, have been rising continuously. Therefore, improving electric power efficiency and saving electricity plays a very important role in modern industries. Recently, several studies are devoted to integrate energy efficiency into the scheduling problems. However, only few of them considered a multi-states machine-scheduling problem under time varied energy prices. Therefore, this thesis deals with the case of a single machine scheduling problem with different operating states characterized by different speeds and energy consumptions. It aims to provide a complete study to investigate the complexity and the optimization methods of different variant of this problem. For this purpose, a dynamic programming approach based on a finite graph is used to model several problems and establish their complexities. We also address different mathematical formulations and optimization methods to solve the NP-hard variants of this problem. A new heuristic algorithm and a genetic algorithm are proposed for the single machine scheduling problem with multi-states and the Time-Of-Use electricity (TOU) costs. A heuristic algorithm, a genetic algorithm as well as a memetic algorithm are proposed for the single machine scheduling problem with multi-states, multi-speeds, TOU costs and different energy consumptions for the jobs

Ordonnancement sur une machine pour la minimisation du coût énergétique

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Machine and production scheduling under electricity time varying prices

International audienceThis paper presents two new mathematical models to reduce total energy consumption cost of a single machine manufacturing system. The problem consists of optimizing simultaneously the processing of the jobs and utilization of the machine, each machines state has its own energy consumption and the production shift is composed of a fix number of periods with different energy cost. The first model is an improved formulation of Shrouf et al. (2014) problem that considers a predetermined jobs sequence. Whereas, the second model studies production scheduling on machine and job levels, which proposes an optimal sequence for them by minimizing the occurrence number of each machines state, the optimal allocation of these states during the periods with less energy costs and jobs within the processing state. Finally, difference between these models are discussed based on several numerical examples

Energy-efficient scheduling problem of a single machine with state dependent and time dependent electricity costs

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Production scheduling of a single machine with finite states to minimize energy costs

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Energy-efficient scheduling of a multi-states single machine system

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Complexity analysis of energy-efficient single machine scheduling problems

International audienceThis paper deals with the complexity analysis of several energy-oriented single-machine scheduling problems addressed in the literature. The considered machine may be in different states: OFF, ON, Idle, or in transitions between them. The energy consumption of the machine at each time-slot is state-dependent. The objective is the minimization of the total energy consumption costs over the planning horizon.For this purpose, two particular cases with constant energy price and increasing energy prices during all the time-slots are studied. These two problems are proved to be polynomial. Moreover, the general version of this problem with Time-Of-Use (TOU) energy prices and different processing times of the jobs is investigated in two versions: with and without the fixed sequence for the jobs. As the results, the version with the fixed sequence is proved to be polynomial, and the version without the fixed sequence (general version) is proved to be NP-hard.This paper also introduces different lower bounds to deal this general version of the problem. The performances of these lower bounds are discussed based on different numerical instances

Energy efficient scheduling of a multi-states and multi-speeds single machine system

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Energy efficient scheduling problem of a multi-states and multi-speeds single machine system

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