Multi-criteria batch scheduling under time-of-use tariffs

par Junheng Cheng

Thèse de doctorat en Mathématiques et Informatique

Sous la direction de Feng Chu, Ming Liu et de Xia Weili.

Le président du jury était Xiaolan Xie.

Le jury était composé de Eric Angel.

Les rapporteurs étaient Lyes Benyoucef, Antoine Jouglet, Imed Kacem.

  • Titre traduit

    Ordonnancement multicritère par lots avec tarifs d'électricité différenciés


  • Résumé

    L'industrie est le plus grand consommateur d'énergie dans le monde et la majeure partie de sa consommation est électrique. Pour moduler la consommation et équilibrer les périodes creuses et de pic, les producteurs d'électricité dans de nombreux pays pratiquent une tarification différenciée, en anglais "time-of-use (TOU) policy", afin d’encourager les industriels et les particuliers à adapter leur consommation. Cette stratégie incite les gros consommateurs industriels, en particulier le secteur semi-conducteur où la fabrication se fait souvent par lots, à réduire leurs factures d’électricité en adaptant leur production.Dans ce travail, nous étudions plusieurs problèmes d’ordonnancement de production par lots avec tarification différenciée d'électricité. Nous nous intéressons d’abord à l’ordonnancement d’une machine par lots pour minimiser le coût total d’électricité et le makespan. Le deuxième problème étudié généralise le premier en considérant le coût d’électricité pendant les périodes inactives de la machine telles que les périodes de réglage ou d'attente. Enfin, nous traitons l’ordonnancement sur machines parallèles par lots avec des pièces non identiques. Pour chacun de ces problèmes, nous construisons des modèles mathématiques appropriés, et évaluons sa complexité. Pour la résolution, nous proposons plusieurs méthodes de ɛ-contrainte dans lesquelles des sous-problèmes sont transformés en problèmes de sac-à-doc, de sacs-à-doc multiples et ou de bin packing. Nous développons aussi une méthode itérative à deux étapes. Les performances des méthodes développées sont évaluées à l'aide d'un grand nombre d'instances représentatives générées au hasard. Les résultats numériques montrent l'efficacité de ces méthodes par rapport au logiciel commercial CPLEX.


  • Résumé

    The industrial sector is the largest consumer of the world's total energy and most of its consumption form is electricity. To strengthen the grid's peak load regulation ability, time-of-use (TOU) electricity pricing policy has been implemented in many countries to encourage electricity users to shift their consumption from on-peak periods to off-peak periods. This strategy provides a good opportunity for manufacturers to reduce their energy bills, especially for energy-intensive ones, where batch scheduling is often involved. In this thesis, several bi-objective batch scheduling problems under TOU tariffs are studied. We first investigate a single machine batch scheduling problem under TOU tariffs with the objectives of minimizing total electricity cost and makespan. This primary work is extended by further considering machine on/off switching. Finally, a parallel batch machines scheduling problem under TOU tariffs with non-identical job sizes to minimize total electricity cost and number of enabled machines is studied. For each of the considered problems, appropriate mathematical models are established, their complexities are demonstrated. Different bi-objective resolution methods are developed, including knapsack problem heuristic based ɛ-constraint method, multiple knapsack problem heuristic based ɛ-constraint method, bin packing heuristic based ɛ-constraint method and two-stage heuristic based iterative search algorithm. The performance of the proposed methods is evaluated by randomly generated instances. Extensive numerical results show that the proposed algorithms are more efficient and/or effective for the studied problems than the commercial software CPLEX.

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Informations

  • Sous le titre : Multi-criteria batch scheduling under time-of-use tariffs
  • Détails : 1 vol. (x-115 p.)
  • Notes : Thèse soutenue en co-tutelle.
  • Annexes : Bibliogr. p. 97-113.
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