Algorithms for Energy-Aware Production Scheduling with Power-Saving Modes

Efektivní rozvrhování výroby může mít výrazný vliv na celkové náklady podniku. Jelikož celosvětová spotřeba energie stále roste, je také potřeba zabývat se problémy spojenými s optimalizací energetické spotřeby, abychom dosáhli dlouhodobě udržitelné produkce. Cílem této práce je navrhnout přístupy řešení pro optimalizaci pro\-voz\-ních nákladů méně využitých strojů pomocí změny jejich provozních stavů. Konkrétně se zde jedná o problém paralelních identických strojů, na které jsou rozvrhovány jednotlivé úlohy. Jsou navrženy dva přístupy pro nalezení optimálního řešení problému. První přístup modeluje problém jako celek (vzniká tak tzv. globální model), zatímco druhý problém dekomponuje pomocí Dantzig-Wolfeho techniky. Cílem dekompozice je odstranit symetrie, které se objevují v globálním modelu kvůli zaměnitelnosti jednotlivých strojů. Jsou použity dva možné způsoby formulace modelů, a to MILP a CP. Navíc je implementován referenční MILP model, který byl vybrán z relevantních zdrojů. Je provedena řada experimentů, které detailně porovnávají navržené přístupy, a jejich výsledky jsou podrobně popsány.An efficient production scheduling can have a significant impact on the total production costs. Moreover, global energy consumption has been steadily rising, and so it is important to tackle the problem of energy optimization to achieve a sustainable production in the long term. The aim of this work is to optimize operation costs (energy consumption) of under-utilized machines by changing their operation modes. Specifically, the problem with parallel identical machines and jobs characterized by their release times, deadlines and processing times is addressed. Two exact approaches are developed to solve the problem. At first, a single global model is formulated to describe the problem as a whole. Afterwards, it is decomposed by Dantzig-Wolfe technique to eliminate symmetries arising due to the interchangeability of the parallel machines. Two formulations frameworks, namely MILP and CP, are tested. Besides, a reference MILP model is adapted from the literature for comparison. Several experiments are conducted, and the results are discussed in detail