Constraint programming for lot-sizing problems

Cette thèse a pour objectif d'étudier l'utilisation de la programmation par contraintes pour développer un solveur de planification de production. Nous nous concentrons sur des problèmes de dimensionnement de lots de production (lot-sizing) qui sont des problèmes majeurs et difficiles de la planification de la production et profitons d'une des principales forces de la programmation par contraintes, à savoir les contraintes globales. Nous définissons une contrainte globale LotSizing qui s'appuie sur un problème générique de lot-sizing mono-produit à un seul niveau, qui tient compte des capacités de production et de stockage, des coûts unitaires de production et de stockage et des coûts fixes. Cette contrainte globale est un outil de modélisation intuitif pour les problèmes complexes de lot-sizing car elle permet de modéliser chaque nœud des réseaux de distribution. Nous utilisons des techniques de programmation dynamique classiques du lot-sizing pour développer des algorithmes de filtrage pour la contrainte globale. Nous modélisons également des problèmes multi-produits.Enfin, nous introduisons un nouvel algorithme de filtrage générique s'appuyant sur la programmation linéaire. Nous montrons que la cohérence d'arc pour les contraintes considérées peut être obtenue avec la résolution d'un seul programme linéaire lorsque la contrainte a une formulation idéale et nous généralisons le résultat pour faire du filtrage partiel lorsqu'aucune restriction n'est faite sur ces contraintes. Cette technique peut être pertinente lors de la résolution de sous-problèmes de flot ou de séquence sous-jacents au lot-sizing.In this thesis we investigate the potential use of constraint programming to develop a production planning solver. We focus on lot-sizing problems that are crucial and challenging problems of the tactical level of production planning and use one of the main strengths of constraint programming, namely global constraints. The goal of this work is to set the grounds of a constraint programming framework for solving complex lot-sizing problems. We define a LotSizing global constraint based on a generic single-item, single-level lot-sizing problem that considers production and inventory capacities, unitary production and inventory costs and setup costs. This global constraint is an intuitive modeling tool for complex lot-sizing problems as it can model the nodes of lot-sizing networks. We use classical dynamic programming techniques of the lot-sizing field to develop powerful filtering algorithms for the global constraint. Furthermore we model multi-item problems that are natural extensions of the core problem.Finally we introduce a new generic filtering algorithm based on linear programming. We show that arc consistency can be achieved with only one call to a linear programming solver when the global constraint has an ideal formulation and adapt the result to provide partial filtering when no restriction is made on the constraints. This technique can be useful to tackle polynomial lot-sizing underlying flow and sequence sub-problems