Table Of ContentAlgoritmos de planificación basados en
restricciones para la sustitución de componentes
defectuosos
IreneBarbaRodríguez,48861238S
[email protected]
SupervisedbyProf.Dr.CarmelodelValleSevillano
ThesisprojectsubmittedtotheDepartmentofComputerLanguages
andSystemsoftheUniversityofSevillainpartialfulfilment
oftherequirementsforthedegreeofPh.D.inComputerEngineering.
(Researchreport)
Índice general
1. Introducción 3
1.1. Estadodelartedelostemasestudiados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1. Programaciónconrestricciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.2. Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.3. Planificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.4. Planesdemantenimientoyreparacióndesistemas . . . . . . . . . 5
1.2. Nuestraspropuestas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1. UnModeladoCSPparaPlanesdeReparación. . . . . . . . . . . . 5
1.2.2. Un Modelado del JSSP para Búsqueda Local Basada en Restric-
ciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2. Hipótesisyobjetivos 7
2.1. Hipótesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3. Trabajorelacionado 9
3.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2. ProgramaciónconRestricciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2.2. ModeladodelProblemacomounCSP . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.2.3. ResolucióndelCSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Algoritmosdebúsqueda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Técnicasdeconsistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Técnicashíbridas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.4. Heurísticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Ordenacióndevariables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Ordenacióndevalores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.5. CSPTemporales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Razonamientotemporalcualitativo . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
Razonamientotemporalmétrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Combinaciónderazonamientoscualitativoymétrico . . . . . . . . 21
AlgoritmoseficientesparaCSPstemporales . . . . . . . . . . . . . 21
3.3. Scheduling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3.2. DefinicióndelJobShopSchedulingProblem . . . . . . . . . . . . 23
Grafodisyuntivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Funcionesobjetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3.3. CaminoCrítico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3.4. Programaciónmatemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3.5. Heurísticabasadaencuellosdebotella(ShiftingBottleneckHeuris-
tic) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3.6. Programaciónconrestricciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
I
II ÍNDICEGENERAL
3.3.7. Métodosheurísticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Reglasdeprioridadbásicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
BeamSearch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4. Planificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4.2. ClassicalPlanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Representación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Técnicasderesolución . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.4.3. HTNPlanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.4.4. ProcesosdeDecisióndeMarkov . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.4.5. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.5. Planificacióndelmantenimientoylareparacióndesistemas . . . . . . . . 39
3.5.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.5.2. Mantenimientodesistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Mantenimientopreventivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Sustitución/reparacióndecomponentesdefectuosos . . . . . . . . . 42
Diagnosisbasadaenmodelos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.5.3. Planificacióndelprocesodedesconexiónyrecomposicióndelsis-
tema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.5.4. RepresentaciónmediantegrafosAnd/Or . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.5.5. Métodosdeprogramaciónmatemática . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.5.6. Planificadoresadaptables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.5.7. MétodosdeInteligenciaArtificial . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5.8. RedesdePetri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5.9. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.6. UnModeladoCSPparaPlanesdeReparación . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.6.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.6.2. Elproblemadelaplanificaciónenreparación . . . . . . . . . . . . 51
3.6.3. ElmodeladoCSP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
VariablesdelCSP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
ElgrafoAnd/Orextendido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Tiposderestricciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.6.4. Resultadosexperimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.6.5. Conclusionesytrabajofuturo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.7. UnModeladodelJSSPparaBúsquedaLocalBasadaenRestricciones . . . 64
3.7.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.7.2. DefinicióndelProblema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.7.3. BúsquedaLocalBasadaenRestricciones . . . . . . . . . . . . . . 65
3.7.4. NuestraPropuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
ElModeladoCSP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
DeteccióndeCiclos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Vecindarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Elalgoritmoparametrizado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.7.5. ResultadosExperimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.7.6. ConclusionesyTrabajoFuturo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4. Conclusiones 79
4.1. Conclusionesobtenidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.2. Trabajofuturo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Índice de figuras
3.1. Problemadecoloracióndelmapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.2. UngrafodisyuntivoparaproblemasJobShop . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3. RatiodeocurrenciadefallosenunsistemaROCOF . . . . . . . . . . . . . 41
3.4. Diagramadelasetapasparalasustitución/reparacióndecomponentesde-
fectuosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.5. ElgrafoAnd/OrparaelsistemaABCDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.6. Red de Petri que representa una operación elemental de desconexión (a)
antesdelaejecucióndelaaccióny(b)despuésdelaejecucióndelaacción 49
3.7. ElgrafoAnd/OrdeensamblajeparaelsistemaABCDE . . . . . . . . . . . 52
3.8. ElgrafoAnd/OrsimplificadodedesensamblajeparaelsistemaABCDE
cuandolapiezadefectuosaesD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.9. ElgrafoAnd/OrsimplificadodereparaciónparaelsistemaABCDEcuan-
dolapiezadefectuosaesD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.10.ElgrafoAnd/Ordereparaciónextendidoysimplificadoparalasustitución
delapiezaDenelproductoABCDEcuandoseconsiderantodoslosplanes
dedesensamblajeposibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.11.ElgrafoAnd/Ordereparaciónextendidoysimplificadoparalasustitución
delapiezaDenelproductoABCDEcuandoseconsideraunsoloplande
desensamblaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.12.UngrafodisyuntivoparaelproblemaJobShop. . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.13.Ejemplodeunasoluciónsatisfactible. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.14.Ejemplosdeciclos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.15.Uncicloenungrafodisyuntivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.16.Casosparalapruebadelteorema1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.17.Intercambiosposiblesparaunavariablev . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.18.Intercambiospermitidosparaδ =2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.19.Intercambioentrevariables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.20.Elalgoritmodebúsquedalocalparametrizado . . . . . . . . . . . . . . . . 73
III
IV ÍNDICEDEFIGURAS
Índice de cuadros
3.1. MatrizdetransiciónparaelgrafoAnd/Ordelafigura3.5 . . . . . . . . . . 46
3.2. NúmerodenodosAnd/Oryplanesparacadaproblema . . . . . . . . . . . 54
3.3. Conjuntoderestriccionesdetipo(1)paraelgrafoAnd/Ordereparaciónde
lafigura3.10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.4. Conjuntoderestriccionesdetipos(2)y(3)paraelgrafoAnd/Orderepa-
racióndelafigura3.10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.5. Conjuntoderestriccionesdetipo(4)paraelgrafoAnd/Ordereparaciónde
lafigura3.10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.6. Conjuntoderestriccionesdetipo(5)paraelgrafoAnd/Ordereparaciónde
lafigura3.10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.7. Conjuntoderestriccionesdetipo(6)paraelgrafoAnd/Ordereparaciónde
lafigura3.10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.8. ResultadosComparativos(cualidaddelassoluciones) . . . . . . . . . . . . 76
3.9. Resultadoscomparativos(tiempodeejecución) . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.10.ResultadossobreunconjuntodeinstanciasJSS . . . . . . . . . . . . . . . 78
V
VI ÍNDICEDECUADROS
Agradecimientos
En primer lugar quiero agradecer a Carmelo su buena disposición, paciencia y apoyo
entodomomento,sinelcualestetrabajonohubierasidoposible.
Amifamiliaporestarsiempreahícuandolosnecesito,enespecialamispadres,aDani,
aJosefi,yamistresniñosRocío,SarayDaniJR,queconsiguensiempresacarlomejorde
mí.
Dar las gracias también a mis amigos por su compañía y comprensión, en especial a
DianayaJaviporbrindarmetanbuenosmomentosyhacerdeltrabajounadiversión.
Por último, y no por ello menos importante, a Rafa, gracias por hacerme la vida más
fácilyagradablecadadía.
VII
VIII ÍNDICEDECUADROS
Description:move_subassembly(sub, mach1, mach2): mueve el submontaje sub desde la máquina mach1 hasta mach2. Conf. on AI, 1194–1201, (1996). [58] S. Kirkpatrick, C.D. Gelatt and M.P. for planning the substitution of faulty parts', In Frontiers in Artificial Intelligence and. Applications, 117, 79–88,