Operational variable job scheduling with eligibility constraints: A randomized constraint‐graph‐based approach

Abstract

In this study, we consider the problem of Operational Variable Job Scheduling, also referred to as parallel machine scheduling with time windows. The problem is a more general version of the Fixed Job Scheduling problem, involving a time window for each job larger than its processing time. The objective is to find the optimal subset of the jobs that can be processed. An interesting application area lies in Optimal Berth Allocation, which involves the assignment of vessels arriving at the port to appropriate berths within their time windows, while maximizing the total profit from the served vessels. Eligibility constraints are also taken into consideration. We develop an integer programming model for the problem. We show that the problem is NP‐hard, and develop a constraint‐graph‐based construction algorithm for generating near‐optimal solutions. We use genetic algorithm and other improvement algorithms to enhance the solution. Computational experimentation reveals that our algorithm generates very high quality solutions in very small computation times.

Kintamos trukmės darbų planavimas įvertinant tinkamumo apribojimus: atsitiktinių apribojimų grafinis metodas

Santrauka. Nagrinėjama nepastovių darbų planavimo problema, susijusi su mašinų darbo planavimu laiko tarpais. Ši problema yra bendresnė fiksuotų darbų planavimo problemos versija, kai laiko tarpai ilgesni už darbų trukmę. Siekiama rasti optimalų atliekamų darbų poaibį. Geras pavyzdys yra optimali laivų priežiūra prieplaukoje, kai laivai prisišvartuoja laiko tarpais, taip maksimizuodami iš laivų gaunamą pelną. Taip pat įvertinami tinkamumo ribojimai. Problemai spręsti sukurtas sveikųjų skaičių programavimo modelis. Sukurtas apribojimų ir kreivių pavidalo algoritmas, gebantis generuoti apytikslius sprendinius. Jiems patikslinti naudojamas genetinis algoritmas ir kiti korekciniai algoritmai. Kompiuteriniai eksperimentai atskleidė, kad sukurtieji algoritmai generuoja labai tikslius sprendinius per labai trumpą laiko tarpą. 

Reikšminiai žodžiai: kintamos trukmės darbų planavimas, tinkamumo ribojimai, optimali laivų priežiūra, genetinis algoritmas, apribojimų išpildymas, apribojimų kreivė.

First published online: 21 Oct 2010

Keyword : operational variable job scheduling, eligibility constraints, optimal berth allocation, genetic algorithm, constraint satisfaction, constraint graph