Μοντελοποίηση και επίλυση σύνθετων προβλημάτων προγραμματισμού εργασιών με χρήση χρονισμένων αυτομάτων
Authors: Πανόπουλος Δημήτριος 
Published: September 2021

Η παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως αντικείμενο την ανάπτυξη μιας ολοκληρωμένης καινοτομικής προσέγγισης για την επίλυση προβλημάτων χρονικού προγραμματισμού παραγωγής με αξιοποίηση των υπολογιστικών δυνατοτήτων που παρέχουν τα αυτόματα πεπερασμένων καταστάσεων με χρόνους (χρονισμένα αυτόματα). Η διατριβή εδράζεται σε ένα επιστημονικό πεδίο το οποίο έχει αρχίσει να αναπτύσσεται την τελευταία μόλις δεκαετία και η έρευνα για την περαιτέρω αξιοποίησή του βρίσκεται σε πλήρη εξέλιξη. Οι δυνατότητες που παρέχουν τα χρονισμένα αυτόματα σε συνδυασμό με την ανάπτυξη εργαλείων που επιτρέπουν τη μοντελοποίηση σύνθετων συστημάτων με βάση τις αρχές της θεωρίας αυτομάτων, αποτέλεσαν την αφορμή για να ελεγχθεί κατά πόσο θα μπορούσε μια τέτοια σύγχρονη προσέγγιση να εφαρμοστεί αποτελεσματικά στην αντιμετώπιση προβλημάτων του άπτονται του χρονικού προγραμματισμού εργασιών.Στο παραπάνω πλαίσιο, η παρούσα διατριβή προτείνει μια ολοκληρωμένη προσέγγιση για τη μοντελοποίηση προβλημάτων χρονικού προγραμματισμού εργασιών η οποία βασίζεται στην απεικόνιση των διακριτών καταστάσεων στις οποίες περιέρχεται ένα παραγωγικό σύστημα κατά την εκτέλεση των διεργασιών του. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην μοντελοποίηση σύνθετων παραγωγικών συστημάτων που αποκλίνουν των κλασικών παραγωγικών δομών στις οποίες επικεντρώνεται η πλειοψηφία των προσεγγίσεων χρονοπρογραμματισμού εργασιών. Πιο συγκεκριμένα, στο πλαίσιο της διατριβής, πραγματοποιήθηκε εκτενής μελέτη των εφαρμογών των χρονισμένων αυτομάτων σε προβλήματα της παραγωγής και αναπτύχθηκε μια νέα προσέγγιση για τη μοντελοποίηση παραγωγικών συστημάτων σύνθετης δομής και για την βέλτιστη επίλυση προβλημάτων χρονοπρογραμματισμού με αξιοποίηση αλγορίθμων προσπελασιμότητας. Σημαντική καινοτομία της διατριβής αποτελεί τόσο η δυνατότητα που παρέχει η προτεινόμενη προσέγγιση για την επίλυση σύνθετων προβλημάτων που δε μπορούν να προσεγγισθούν από κλασικές μεθόδους δρομολόγησης εργασιών σε κέντρα εργασίας όσο και η προσθήκη στα μοντέλα των αυτομάτων του στοιχείου του κόστους. Με τον τρόπο αυτό έγινε εφικτή η αντιμετώπιση και βέλτιστη επίλυση προβλημάτων στα οποία ο στόχος βελτιστοποίησης δεν είναι συνάρτηση αποκλειστικά του χρόνου αλλά και μιας σειράς διαφορετικών τύπων κόστους που υπεισέρχονται στην παραγωγική διαδικασία, όπως τα καθαρά κόστη κατεργασίας,τα κόστη μεταφοράς και αποθήκευσης, τα κόστη καθυστέρησης παράδοσης αλλά και ειδικές περιπτώσεις όπως τα κόστη διακοπής και επανεκκίνησης μιας γραμμής παραγωγής. Σε αυτό τον άξονα αναπτύχθηκαν μοντέλα χρονισμένων αυτομάτων με κόστη, τα οποία επιτρέπουν τη μοντελοποίηση και επίλυση προβλημάτων ανεξάρτητα της δομής του παραγωγικού συστήματος και των περιορισμών που τη διέπουν, όπως προβλημάτων με παράλληλες μηχανές / γραμμές παραγωγής, με εναλλακτικά φασεολόγια ή με εργασίες που μπορούν να διακόπτονται και να επανακάμπτουν.Τα δε κριτήρια βελτιστοποίησης τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επίλυση των προβλημάτων με την προτεινόμενη προσέγγιση δεν περιορίζονται στα κριτήρια χρονικής διάστασης, όπως ο συνολικός χρόνος ολοκλήρωσης των εργασιών, αλλά αντίθετα εμπλέκουν ποικίλα στοιχεία κόστους, παρέχοντας τη δυνατότητα εξεύρεσης βέλτιστων χρονοπρογραμμάτων τα οποία περιορίζουν είτε το συνολικό παραγωγικό κόστος είτε επιλεγμένα στοιχεία κόστους, ανάλογα με το πρόβλημα. Στη συνέχεια της διατριβής, η προτεινομένη προσέγγιση επεκτάθηκε και προσαρμόστηκε κατάλληλα για την αντιμετώπιση του προβλήματος του χρονικού προγραμματισμού σε δυναμικά δίκτυα παραγωγής. Η καινοτόμος πρόταση της διατριβής αντιμετωπίζει τα δεδομένα προβλήματα συντονισμού μεταξύ των παραγωγικών μονάδων των επιχειρήσεων που συμμετέχουν σε ένα δυναμικό δίκτυο παραγωγής και μοντελοποιεί τα στοιχεία κόστους που πρέπει να ληφθούν υπόψη προκειμένου να βελτιστοποιηθεί η λειτουργία του όλου δικτύου. Έτσι, η προτεινόμενη από τη διατριβή προσέγγιση παρέχει τη δυνατότητα αξιοποίησης των ισχυρών υπολογιστικών πλεονεκτημάτων των χρονισμένων αυτομάτων για την αποτελεσματική επίλυση προβλημάτων προγραμματισμού ανάθεσης εργασιών και εκτέλεσης παραγωγικών διεργασιών σε επίπεδο δικτύου συνεργαζόμενων επιχειρήσεων.Η προτεινόμενη προσέγγιση εφαρμόστηκε με απόλυτη επιτυχία, στο πλαίσιο της διατριβής, σε μια πραγματική περίπτωση παραγωγικού δικτύου βάσει στοιχείων τα οποία διατέθηκαν από βιομηχανική επιχείρηση κατασκευής λεβήτων θέρμανσης η οποία δραστηριοποιείται στον ελληνικό χώρο και έχει δομήσει ένα συνεργατικό δίκτυο με τους βασικούς προμηθευτές της. Εξετάζοντας στο σύνολό της την προσέγγιση που αναπτύσσεται στην παρούσα διατριβή, σε συνδυασμό με τις σύγχρονες τάσεις στον τομέα της παραγωγής που αξιοποιούν συστήματα αυτομάτων για την αντιμετώπιση διαφόρων ζητημάτων βελτιστοποίησης ή/και αυτομάτου ελέγχου, προκύπτει το συμπέρασμα ότι η πρόταση της διατριβής έχει σημαντική αξία όχι μόνο σε ερευνητικό αλλά και σε πρακτικό επίπεδο. Η συνεχής εξέλιξη των εργαλείων μοντελοποίησης αυτομάτων,σε συνδυασμό με το γεγονός ότι προσεγγίσεις, όπως η προτεινόμενη, συνδυάζουν την αποτελεσματικότητα και τη σχετική ευκολία μοντελοποίησης με την αυξημένη ευελιξία η οποία χαρακτηρίζει τις σύγχρονες παραγωγικές μονάδες, παρέχουν τα εχέγγυα για περαιτέρω αξιοποίηση των ερευνητικών αποτελεσμάτων και συμπερασμάτων της διατριβής όχι μόνο σε ερευνητικό αλλά και σε εμπορικό /επιχειρησιακό επίπεδο.