Πολυκριτηριακή Μοντελοποίηση και Επίλυση προβλημάτων χρονοπρογραμματισμού παραγωγής μεγάλης κλίμακας

Abstract

Η αποτελεσματική πολυκριτηριακή προσέγγιση πραγματικών προβλημάτων χρονοπρογραμματισμού παραγωγής δύναται να προσφέρει ισορροπημένο συνδυασμό θετικών επιπτώσεων σε κατευθύνσεις που αποτελούν στρατηγικές προτεραιότητες για μια επιχείρηση, ειδικά την εποχή της οικονομικής κρίσης και του έντονου ανταγωνισμού. Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η πολυκριτηριακή μοντελοποίηση μεγάλης κλίμακας προβλημάτων χρονοπρογραμματισμού παραγωγής και η πρόταση μεθοδολογίας επίλυσης τους με προσαρμογή και αξιοποίηση πολυκριτηριακών μεθόδων υποστήριξης αποφάσεων. Η έμφαση δίνεται σε ένα από τα απαιτητικά προβλήματα βελτιστοποίησης στο πεδίο της διαχείρισης παραγωγικών πόρων, συγκεκριμένα, στον χρονοπρογραμματισμό εργασιών παραγωγής σε γραμμές συναρμολόγησης προϊόντων μικτού μοντέλου, φιλοσοφίας Just‐in‐Time, με χρήση πολλαπλών κριτηρίων. Η διατριβή αξιοποιεί και συνδυάζει στην πρότασή της μεθόδους και τεχνικές τόσο από το πεδίο της επιχειρησιακής έρευνας και του μαθηματικού προγραμματισμού, όσο και από την περιοχή της πολυκριτηριακής υποστήριξης αποφάσεων, προκειμένου να απαντήσει αποτελεσματικά στις ερευνητικές προκλήσεις και στα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που εμφανίζουν τα πραγματικά προβλήματα του σχετικού βιομηχανικού πεδίου. Η μεθοδολογία επίλυσης της επιλεγμένης κατηγορίας προβλημάτων αναπτύχθηκε και εξειδικεύθηκε σε δύο σενάρια/περιπτώσεις του γενικευμένου προβλήματος αναφοράς: στην περίπτωση του δικριτηριακού προβλήματος και στην περίπτωση του πολυκριτήριου προβλήματος για τα οποία προτείνεται να ακολουθηθεί διαφορετική προσέγγιση. Στο πλαίσιο της διατριβής, παρουσιάζεται το περιβάλλον του προβλήματος, γίνεται επισκόπηση του σχετικού ερευνητικού πεδίου, των τεχνικών βελτιστοποίησης που χρησιμοποιούνται σε προβλήματα διαχείρισης παραγωγής και αναδεικνύονται οι προκλήσεις του προβλήματος που δεν έχουν απαντηθεί επαρκώς από την ερευνητική κοινότητα και στις οποίες εστιάζει η συμβολή της παρούσας διατριβής. Προς την ίδια κατεύθυνση, παρουσιάζονται οι υπάρχουσες επιστημονικές προσεγγίσεις στο πεδίο τεχνικών πολυκριτηριακού μαθηματικού προγραμματισμού. Στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη εξειδικευμένης για το πρόβλημα πολυκριτηριακής μεθοδολογίας, η οποία μοντελοποιεί και ενισχύει την συμμετοχή του αποφασίζοντος στην διαδικασία αναζήτησης κατάλληλων Pareto λύσεων προκειμένου να επιτευχθεί η βελτιστοποίηση σε αποδεκτό χρόνο. Η διατριβή συμβάλλει στα ακόλουθα: - Ανάπτυξη μαθηματικής μοντελοποίησης του πολυκριτηριακού προβλήματος χρονοπρογραμματισμού παραγωγής σε γραμμές συναρμολόγησης μικτού μοντέλου. - Εφαρμογή πολυκριτηριακών μεθόδων, αντιπροσωπευτικών ως προς τον χρονισμό μεθόδευσης της εμπλοκής του αποφασίζοντος στην διαδικασία αναζήτησης Pareto ικανών λύσεων, για την επίλυση του πολυκριτηριακού προβλήματος. - Μεθοδολογία επίλυσης του δικριτηριακού σεναρίου του προβλήματος, βασισμένη σε πρωτότυπη υβριδική αλληλεπιδραστική και a‐posteriori μέθοδο μη εξαντλητικής παραγωγής αντιπροσωπευτικών λύσεων Pareto. - Μεθοδολογία επίλυσης του πολυκριτηριακού σεναρίου του προβλήματος βασισμένη σε πρωτότυπη υβριδική αλληλεπιδραστική και a‐priori μέθοδο στρατηγικής αναζήτησης ικανοποιητικής Pareto ικανής λύσης. Η συμβολή της διατριβής πιστοποιείται με την συνεισφορά αυτής στην επίλυση συγκεκριμένου προβλήματος με χρήση δεδομένων που προσομοιάζουν πραγματικές συνθήκες βιομηχανικού περιβάλλοντος, ως προς: - τις παραμέτρους λειτουργίας του παραγωγικού συστήματος, - το μέγεθος/όγκο των δεδομένων, - την κωδικοποίηση και την ποιότητα των δεδομένων, - το προφίλ του αποφασίζοντος και - την στρατηγική προτιμήσεών του.

Εffective multi‐criteria approach of real‐life production scheduling problems can provide a balanced combination of positive effects in aspects that are considered strategic priorities for an organisation, especially during current times of economic crisis and intense competition. The phd thesis aims at proposing a multicriteria modeling of large‐ scale production scheduling problems and a methodology for their solution by adapting and utilising multi‐criteria decision support methods. The emphasis is set on one of the challenging optimization problems in the field of production resources management, in particular, production scheduling in mixedmodel Just‐in‐Time assembly lines, with multiple criteria. The research work utilizes and combines methods and techniques from the fields of operations research, mathematical programming and the area of multicriteria decision support in order to respond effectively to the research challenges and characteristics that are pertinent in real‐life problems of the relevant industrial field. The scope of the research work is developed and focuses on two cases/scenaria of the generalized reference problem: the case of the bi‐criteria problem and the case of multi‐criteria problem for which a different solution approach is proposed. As part of the thesis, presents the environment of the problem, an overview of the relevant research field of optimization techniques used in production and management problems, identifying challenges that have not been adequately answered by the research community, which focuses on the contribution of this thesis. To the same objective, current scientific approaches in the field of multi‐criteria mathematical programming problems are presented. The thesis aims at producing a specialized, for the reference problem, multicriteria methodological approach that models the enhanced Decision Maker’s engagement in the process of generating effective Pareto solutions, in order to optimize the problem efficiently in acceptable timeframe. The thesis contributes to the following : - Mathematical MILP modeling of a large scale multi‐criteria problem of scheduling tasks in mixed model assembly lines. - Adaptation and application of representative multicriteria methods of engaging the decision maker in the search and resolution process. Original Methodology for solving the bicriteria scenario of the problem based on a hybrid interactive, non‐exhaustive ‘a‐posteriori’ method of generating representative Pareto solutions. - Original Methodology solving multicriteria scenario of the problem based on a hybrid interactive and an ‘a‐priori’ method of resolving representative Pareto solutions. The contribution of the PhD thesis is confirmed by the application of the proposed methodological framework – at all four levels‐, in a particular problem with data that simulate a real industrial environment of a mixed model Just‐in‐Time assembly line production systems, in terms of: - the operational parameters, - the size/volume of the data, - the coding and the quality of the data, - the decision maker’s profile and - his preferences’ strategy.