Integrated Scheduling of Production and Transportation Operations with Stage-dependent Inventory Costs and Due Dates Considerations

par Deyun Wang

Thèse de doctorat en Automatique

Sous la direction de Abdellah El Moudni et de Olivier Grunder.

Soutenue le 26-04-2012

à Belfort-Montbéliard , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (UFC / UTBM) , en partenariat avec Laboratoire Systèmes et Transports (laboratoire) .

Le président du jury était Christian Tahon.

Le jury était composé de Abdellah El Moudni, Olivier Grunder, Christian Tahon, Laurent Geneste, Imed Kacem, Farouk Yalaoui.

Les rapporteurs étaient Laurent Geneste, Imed Kacem.

  • Titre traduit

    Problèmes d'ordonnancement intégré entre la production et le transport avec stocks intermédiares et prise en compte de dates dues


  • Résumé

    L'augmentation de la concurrence économique internationale et les attentes accrues des clients ont imposé aux entreprises de prendre en compte non seulement le prix ou la qualité du produit, mais également la fiabilité et la rapidité des livraisons. Dans les industries ayant une composante manufacturière dominante telles que l'automobile et l'électronique, la distribution et les coûts de stockage constituent les deuxième et troisième catégories de coûts les plus importantes après les coûts de production. Par conséquent, les entreprises industrielles et de logistique recherchent continuellement des méthodes pour réduire le niveau des stocks et les coûts de distribution. Cette tendance a créé une interaction plus forte entre les différentes étapes de la chaîne logistique, et augmente de ce fait l'utilité pratique des modèles intégrés.Cette thèse considère deux catégories de problèmes d'ordonnancement intégré. La première catégorie est l'ordonnancement intégré de la production, distribution et stockage (Integrated Scheduling of Production-Distribution-Inventory, ISPDI) et la deuxième est l'ordonnancement intégré de la production, stockage, distribution et stockage (Integrated Scheduling of Production-Inventory-Distribution-Inventory, ISPIDI). Au niveau de la production, les tâches à réaliser sont traitées sur une seule machine et regroupées par lot de production, ce qui nécessite un coût et un temps de réglage. Elles doivent ensuite être livrées à un client prédéfini par un transporteur à capacité limitée, avant des dates dues données. Chaque aller-retour du transporteur entre l'usine et le client implique un coût de livraison et des délais de livraison. De plus, on suppose que les tâches qui sont terminées avant leur date de départ ou qui sont livrées au client avant leur date due entraînent un coût de stockage supplémentaire. Notre objectif est de minimiser le coût total comprenant les coûts de reglage, de stockage et de transport, tout en garantissant un niveau de service donné pour le client.Pour les problèmes ISPDI, nous avons d'abord fourni un modèle de programmation mixte entière pour le problème multi-produits, à un seul niveau, et avons développé un algorithme génétique amélioré pour le résoudre. Puis, nous avons modifié ce modèle pour prendre en compte le cas mono-produit, multi-niveau, et avons proposé deux méthodes, un algorithme hybride et un algorithme génétique, pour le résoudre. Pour les problèmes ISPIDI, nous avons établi un modèle général non-linéaire dans le cas mono-produit, et avons traité un cas spécifique du cas général. Puis nous avons démontré une propriété d'optimalité qui lie les ordonnancements de production et de livraison dans le cas particulier, pour finalement proposer une approche heuristique pour le résoudre. Pour chaque problème étudié et afin d'évaluer la performance des algorithmes proposés, des limites inférieures intéressantes sur les fonctions objectifs correspondantes ont été établies selon des méthodes différentes telles que la méthode de relaxation lagrangienne ou des méthodes basées sur les bornes inférieures du problème de bin packing. Les résultats des expérimentations montrent l'efficacité des modèles et algorithmes proposés en termes de qualité de la solution et de temps d'exécution.


  • Résumé

    Increasing global competition in the business world and heightened expectations of customers have forced companies to consider not only the pricing or product quality, but reliability and timeliness of the deliveries as well. In manufacturing-centric industries such as automotive and electronics, distribution and inventory costs constitute the second and third largest cost components following the production costs. Therefore, industrial and logistics companies need to continuously search for ways to lower the inventory level and distribution cost. This trend has created a closer interaction between the different stages of a supply chain, and increased the practical usefulness of the integrated models.This thesis considers two categories of integrated scheduling problems. One is Integrated Scheduling of Production-Distribution-Inventory problems (ISPDI problems) and the other is Integrated Scheduling of Production-Inventory-Distribution-Inventory problems (ISPIDI problems). Jobs are first processed on a single machine in the production stage, and then delivered to a pre-specified customer by a capacitated transporter. Each job has a distinct due date, and must be delivered to customer before this due date. Each production batch requires a setup cost and a setup time before the first job of this batch is processed. Each round trip between the factory and customer requires a delivery cost as well as a delivery time. Moreover, it is assumed that a job which is completed before its departure date or delivered to the customer before its due date will incur a corresponding inventory cost. Our objective is to minimize the total cost involving setup, inventory and delivery costs while guaranteeing a certain customer service level.For ISPDI problems, we firstly provide a mixed integer programming model for the case of multi-product, single-stage situation, and develop an improved Genetic algorithm (GA) for solving it. Then, we extend this model to a single-product, multi-stage model, and provide two methods, dominance-related greedy algorithm and GA, for solving it. For ISPIDI problems, we establish a general non-linear model for the case of single-product situation and devise a special case from the general model. Then we provide an optimality property between the production and delivery schedules for the special case. Finally, a heuristic approach is developed for solving it. For each problem under study, in order to evaluate the performance of the proposed algorithms, some interesting lower bounds on the corresponding objective functions are established according to different methods such as Lagrangian relaxation method, classical bin-packing based method. Computational results show the efficiency of the proposed models and algorithms in terms of solution quality and running time.


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