Operational research approach for optimising the operations of a nuclear research laboratory
Approche par recherche opérationnelle de l'optimisation du fonctionnement d'un laboratoire en milieu nucléaire
Résumé
This dissertation presents the results of a research project aiming to optimise the scheduling of activities within a research laboratory of the “Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA)”. To tackle this problem, we decompose every activity into a set of elementary tasks to apply standard scheduling methods. We model the problem as an extended version of the Multi-Skill Project Scheduling Problem (MSPSP). As a first approach, we propose an MSPSP with penalty for preemption, along with its mixed-integer/linear programming (MILP) formulation, where the preemption is allowed applying a penalty every time an activity is interrupted. However, the previous approach does not take into account all safety constraints at the facility, and a more accurate variant of the problem is needed. We then propose to integrate the concept of partial preemption to the MSPSP. This concept, which has not been yet studied in the scientific lit! erature, implies that only a subset of resources is released during preemption periods. The resulting MSPSP with partial preemption (MSPSP-PP) is modelled using two methodologies: MILP and constraint programming. Regarding the industrial need of having good solutions in a short time, we also present a series of heuristics algorithms for the MSPSP-PP. First, we present a serial greedy algorithm, using priority rules and a flow problem for the allocation of technicians. To improve the solutions of the greedy algorithm, we present a binary-tree-based search algorithm and a greedy randomised adaptive search procedure. Finally, we present a large neighbourhood search algorithm, a hybrid procedure combining exact and heuristic methods. A mock-up of a Graphical User Interface, allowing the exploitation of the scheduling algorithms by the CEA is also presented.
Cette thèse présente les résultats d’un projet de recherche visant l’optimisation du processus d’ordonnancement d’activités au sein d’un laboratoire de recherche du Commissariat à l’Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA). Pour aborder ce problème, nous décomposons chaque activité en un ensemble de tâches élémentaires pour appliquer des méthodes classiques d’ordonnancement. Nous modélisons le problème d’ordonnancement du laboratoire comme une version étendue du problème de gestion de projet multi-compétences (Multi-Skill Project Scheduling Problem ou MSPSP). En première approche, nous proposons un MSPSP avec pénalité par préemption, ainsi que sa formulation en Programmation Linéaire en Nombres Entiers (PLNE). Dans cette version du problème, la préemption est autorisée et une pénalité est appliquée chaque fois qu’une activité est interrompue. Cette approche précédente ne prend cependant pas e! n compte toutes les contraintes de sûreté et sécurité de l’installation et une variante plus précise du problème est nécessaire. Ainsi, nous proposons ensuite d’intégrer le concept de préemption partielle au MSPSP. Ce concept, qui n’a pas encore été étudié dans la littérature scientifique, implique que seul un sous-ensemble de ressources est libéré pendant les périodes de préemption. Le problème qui en découle (MSPSP avec préemption partielle ou MSPSP-PP) est modélisé à l’aide de deux méthodologies : la PLNE et la programmation par contraintes. Compte tenu du besoin industriel de disposer de bonnes solutions dans un délai très court, nous présentons également une série d’algorithmes heuristiques pour MSPSP-PP. Tout d’abord, nous présentons un algorithme glouton qui utilise des règles de priorité et un problème de flot pour l’affectation des techniciens. Pour améliorer les solutions de l’algorithme glouton, nous présentons un algorithme de recherche locale basée sur une arborescence binaire et une procédure de recherche adaptative aléatoire gloutonne. Enfin, nous présentons un algorithme de recherche locale à grand voisinage, une procédure hybride combinant des méthodes exactes et heuristiques. Une maquette d’interface graphique, permettant l’exploitation simple des algorithmes d’ordonnancement par l’équipe de planification de l’installation, est aussi présentée.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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