Scheduling of mobile robots using constraint programming

Bc. Stanislav Murín

Master's thesis

Abstract:

Mobilné roboty vo flexibilných výrobných systémoch môžu prevážať komponenty pre úlohy medzi výrobnými strojmi ako aj spracovávať úlohy na vybratých strojoch. Zatiaľ čo problém multi-operačného rozvrhovania s transportom už rieši rozvrhovanie transportov, táto diplomová práca sa zameriava na rozšírenú verziu tohto problému, zahŕňajúcu spracovanie úloh vykonávané mobilnými robotmi. V tejto práci navrhujeme nový model využívajúci programovanie s obmedzujúcimi podmienkami, ktorý rieši tento rozšírený problém. Najdôležitejšia časť modelu spočíva v efektívnom návrhu pre transporty. Model sme implementovali v Optimization programming language s použitím CP optimizer. Následne sme náš model porovnali s už existujúcim modelom využívajúcim zmiešané celočíselné programovanie. Zatiaľ čo oba prístupy sú schopné vyriešiť problém do optimality, nový prístup využívajúci programovanie s obmedzujúcimi podmienkami je efektívnejší, a je schopný nájsť optimálne riešenie viac než o rád rýchlejšie. Fakt, že výsledky realistickejších dátových inštancií sú dodané v reálnom čase, je veľmi dôležitý pre potenciálne využitie v inteligentnej továrni.

Abstract:

Mobile robots in flexible manufacturing systems can transport components for jobs between machines as well as process jobs on selected machines. While the job shop problem with transportation resources allows encapsulating of transportation, this thesis concentrates on the extended version of the problem, including the processing by mobile robots. We propose a novel constraint programming model for this problem where the crucial part of the model lies in a proper inclusion of the transportation. We have implemented it in the Optimization Programming Language using the CP Optimizer, and compare it with the existing mixed integer programming model. While both approaches are capable of solving the problem optimally, a new constraint programming approach works more efficiently and it can compute solutions in more than an order of magnitude faster. The fact that the results of more realistic data instances are delivered in real-time is very important for a potential application in a smart factory.

Keywords

Scheduling, Constraint programming, Mobile robot, Flexible manufacturing system, Transportation, IBM ILOG CPLEX Optimization Studio

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 20. 5. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 18. 6. 2019
• Supervisor: doc. Mgr. Hana Rudová, Ph.D.
• Reader: doc. RNDr. Aleš Horák, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Applied Informatics / Applied Informatics