Title: Approche par contraintes des probl
1- Approche par contraintes des problèmes
dordonnancement et daffectation - Structures temporelles et mécanismes de
propagation - Pierre Lopez
- LAAS-CNRS
- Toulouse
2Plan
- Contexte et bilan des activités
- Travaux de recherche
- Problèmes considérés
- Techniques de propagation de contraintes
- Structures support pour la propagation
- Bilan des contributions / Prospective
- Participation à projets
3Curriculum Vitæ
- 1987 DEA Automatique, Informatique Industrielle
et Traitement du Signal - 1991 ? Doctorat dAutomatique
- Approche énergétique pour lordonnancement de
tâches sous contraintes de temps et de
ressources - ? Attaché Temporaire dEnseignement et de
Recherche, - ENSEEIHT/INP
- 1992 ? Chargé de Recherche au CNRS, LAAS CR1
(1996) - ? Vacataire à lUniversité Paul Sabatier, Ã
lINSAT, - Ã lENSEEIHT
- 2003 Responsable au LAAS du groupe de recherche
MOGISA
4Le LAAS-CNRS
- Unité Propre du CNRS (? 12000 chercheurs, ? 14000
ITA) - Rattaché au Département Sciences et Technologies
de lInformation et de la Communication (STIC) - Directeurs Malik Ghallab et Antonio Muñoz Yagüe
- ? 100 ITA
- ? 200 cherch. permanents (CNRSEN)
- ? 200 doctorants
- 14 Groupes de recherche organisés en
- 4 Pôles thématiques
- Micro et Nano Systèmes (MINAS)
- Modélisation, Optimisation et Conduite des
Systèmes (MOCOSY) - Robots et Systèmes Autonomes (ROSA)
- Systèmes Informatiques Critiques (SINC)
5Le groupe MOGISA
- Modélisation, Optimisation, Gestion Intégrée de
Systèmes dActivités - créé en avril 2003
- 8 permanents, 7 doctorants
- élaboration de modèles, conception de méthodes,
développement doutils pour la maîtrise de
systèmes discrets complexes
- Applications
- Pilotage intégré de chaînes logistiques
- LORA Logiciel dORdonnancement et dAffectation
- Planification automatique de personnel navigant
- Pilotage et ordonnancement coopératifs dateliers
- Thématiques scientifiques
- Planification de la production
- Ordonnancement
- Optimisation combinatoire
- Coopération, coordination et organisation en
réseaux
6Enseignement
- Domaines
- Ordonnancement (ouvrage)
- Théorie des graphes (polycopié)
- Gestion de production
- Simulation des systèmes à événements discrets
- Formations
- Ecole Doctorale Systèmes
- INSA Génie Informatique et Industriel
- ENSEEIHT/INP
- DESS Ingénierie de la Production Alimentaire,
St-Denis - Mastère Informatique-Productique, Tunis
- TEC Monterrey, Mexique
Toulouse
7Animation de la recherche
- Revues / Congrès / Projets
- Lecteur pour revues/congrès (Ordot, R.O., I.A.,
Contraintes) - Organisation et co-éditeur pour MOSIM03
- Expertise de projets scientifiques (national,
régional, ) - Groupes
- Contraintes et RO (GdR Algorithmique, Langages et
Programmation) co-animateur - GOThA coordonnateur de 1989 Ã 1999 ( 50
réunions) - Bermudes organisation locale de 2 rencontres
- ROADEF membre
- Membre nommé de la Commission de Spécialistes de
lUniversité de Tours (27è section) - Membre des conseils scientif. MOCOSY et ROSA du
LAAS
8(co-)Encadrement de thèses
C. Mancel Modélisation/résolu-tion de POC dans
les applications spatiales
M.-L. Levy Méthodes par décom-position
temporelle et problèmes dordonnancement
P. Torres Structures/mécanismes pour la
propagation de contraintes en ordot
A. Hélias Agrégation/abstrac-tion de modèles
pour lanalyse et lorganisation de réseaux de
flux
L. Haudot Une approche orientée utilisateur pour
la conception de systè-mes coopératifs en
ordonnancement de production
O. Fournier Conception de la commande dun SAP
apport des graphes et de lordot cyclique
9Production et rayonnement scientifique
- 13 publications dans des revues à comité de
lecture - 3 conférences invitées dans des congrès
- 3 ouvrages (1 co-auteur et 2 co-éditeurs)
- 6 contributions à ouvrages
- 50 communications à des congrès ou workshops
- 4 jurys de thèse
- Session invitée du  Advanced Summer Institute
96 du réseau dexcellence  Intelligent
Control and Integrated Manufacturing SystemsÂ
(ICIMS-NoE) - Collaborations LI Tours, LI Avignon, LGI la
Réunion, LIP2 Tunisie, INRA
10Plan
- Contexte et bilan des activités
- Travaux de recherche
- Problèmes considérés
- Techniques de propagation de contraintes
- Structures support pour la propagation
- Bilan des contributions / Prospective
- Participation à projets
11Problèmes dordonnancement
- Etant donné
- un ensemble de tâches
- un ensemble de ressources
- quand exécuter les tâches ?
- début (1), durée (2), fin (3)
- comment affecter les ressources aux tâches ?
- nature et intensité (4), séquencement (5)
- Applications
- organisation du travail dans un atelier de
fabrication - gestion de projet
- confection demplois du temps
- conception dalgorithmes de gestion
(informatique, spatial, ) - Problème difficile (aspect combinatoire de la
résolution)
12Job-shop 10 travaux-10 machines
13Les contraintes
- Contraintes de ressources
14Problèmes considérés
- Problèmes mixtes dordonnancement et
daffectation - Ressources
- non préemptibles
- disjonctives ou cumulatives
- hétérogènes et polyvalentes
- Affectation ensemble de ressources possibles
- durées dépendantes des ressources
- pour k, durée des tâches variables pi,k ?
pi,kmin, pi,kmax - Exemple Job Shop avec affectation
15Plan
- Contexte et bilan des activités
- Travaux de recherche
- Problèmes considérés
- Techniques de propagation de contraintes
- Structures support pour la propagation
- Bilan des contributions / Prospective
- Participation à projets
16Programmation par contraintes
introduction nouvelle contrainte
Prise de décision
CSP
Définition du problème
contraintes initiales
Propagation de contraintes
explicitation dune contrainte (déduction
logique)
Inspiré de Baptiste/Le Pape/Nuijten
17Propagation de contraintes
- Ensemble de techniques permettant
- la vérification de la validité dune solution
- un renforcement de consistance par suppression
(filtrage) des valeurs des variables
nappartenant à aucune solution - réduction de domaines
- déduction de nouvelles contraintes
- la détection dune inconsistance globale
18Propagation de contraintes de temps
- Modèle Graphe Potentiels-Bornes / Graphe de
contraintes
- Algorithmes des problèmes temporels simples (STP)
- Consistance darc ? AC, Bellman-Ford
- Consistance de chemin ? PC, Floyd-Warshall (
O(n3) )
19Propagation en ordonnancement
1. Règle délimination lftj - esti lt pi pj ? i
non avant j problème disjonctif ? j avant i 2.
Réduction de domaines ajustements de esti et lftj
3. Propagation
20Propagation de contraintes de ressources - Partage
- Opérations locales
- paires de disjonction
- précédences conjonctives
- ensembles ascendants/descendants
- EFF/LSL
- précédences non conjonctives (Not-First /
Not-Last)
edge-finding
21Opérations locales formulation étendue
- Prise en compte de toutes les informations
temporelles - ex une contrainte entre sti et ftj peut être
plus restrictive que la différence entre domaines
temporels... - Nouvelle formulation exploitant les résultats
dun graphe potentiels-bornes minimal
- a gt 0 ? i non avant j
- recouvre la proposition classique ( lftj - estj
lt pj pj ? i non avant j )
22Propagation de contraintes de ressources - Partage
- Opérations globales
- réfutation dune décision par simple propagation
sur le problème global - Singleton Arc-Consistance ou  shavingÂ
- Squelette d'un algorithme SAC
- AC(X, D, C)
- pour x ? X et pour v ? Dx
- x ? v
- AC(X, D, C ? x ? v)
- si inconsistance
- C ? C ? ? (x ? v)
- AC(X, D,C)
23Extension et classification des méthodes de
shaving
24Propagation de contraintes de ressources - Partage
- Raisonnement énergétique
- intégration des contraintes de temps et de
ressource par évaluation déchanges énergétiques - entre tâches et ressources
- sur des intervalles de temps
- Energie maximale fournie sur t1,t2
- W(t1,t2) A ? (t2-t1)
- Consommation de i commençant à sti sur t1,t2
- w(i, t1,t2) ai ? max0,min(fti,t2)-max(sti,t1)
- calcul de bornes min / max de la consommation
- règles de propagation
- localisation relative ou absolue des tâches
25Propagation de contraintes de ressources -
Affectation
? Mj ? Mj \ k
? Mj ? Mj \ k
pjk ? pjmin, pjmaxFW
26Plan
- Contexte et bilan des activités
- Travaux de recherche
- Problèmes considérés
- Techniques de propagation de contraintes
- Structures support pour la propagation
- Bilan des contributions / Prospective
- Participation à projets
27Groupes de Tâches à Rang Inclus(GTRI)
- Intervalle de rangs domaine de positions non
démontrées interdites dans une séquence - GTRI ensemble de tâches dintervalles de rangs
inclus dans celui dune base (? B-pyramide
dintervalles de rangs) - Compromis Indépendance (GAT) vs. Permutabilité
(GTRE)
28Intervalles de tâches
i, jx ? T esti ? estx et lftx ? lftj
- Caseau Laburthe 94
- Intérêt
- prise en compte des intervalles dexécution pour
réduire le nombre de sous-ensembles à considérer
(par rapport à la relation dinclusion) - O(2n) ? O(n2)
A
B
C
D
E
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
IT extension
A,EA,B,C,D,E
B,EB,C,D,E
A,AA,B,C,D
B,DB,C,D
B,BB
E,ED,E
D,DD
29Intervalles de tâches
- Agrègent des informations symboliques et
numériques - Représentation synthétique des ensembles de
tâches en conflit de ressources - Support pour le renforcement de consistance aux
bornes - Ajustements modifient
- lensemble des IT
- Maintenance dynamique des IT lourde et difficile
- Contrôle et parcours des IT non hiérarchisé
30Treillis dintervalles de tâches (TIT)
ABCDE
Diagramme de Hasse
ABCD
A
BCDE
B
C
BCD
DE
D
E
B
D
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Æ
0
20
ABCDE
19
1
E
A
16
ABCD
BCDE
1
A
B
ITs
Diagramme de Gantt
BCD
BCD
9
16
CDE
C
C
10
9
BCD
CD
BD
DE
D
E
CD
esti
lfti
BD
D
B
D
D
D
D
B
Æ
D
D
Représentation matricielle
D
Æ
Æ
31TIT et propagation de contraintes
- Application sur IT ? complétude
- Partition temporelle du treillis ? nombre dIT
nécessaire et - suffisant
- Pour une tâche i et un
- ensemble S (edge-finding)
- maxs lfts - mins ests lt pi ?s ps
- lfti - mins ests lt pi ?s ps
- maxs lfts - mins ests lt pi ?s ps
- maxs lfts - esti lt pi ?s ps
? i avant S
? i après S
- Nouvelle structure pour le support et le
- contrôle de règles de consistance aux bornes
- Support commun et paramétrable
- Premières expérimentations encourageantes
(comparaison - avec edge-finder de Nuijten)
32Plan
- Contexte et bilan des activités
- Travaux de recherche
- Problèmes considérés
- Techniques de propagation de contraintes
- Structures support pour la propagation
- Bilan des contributions / Prospective
- Participation à projets
33Bilan des contributions
- Pré-analyse de problèmes dordonnancement
- structuration temporelle
- décomposition pour lapplication des règles de
propagation - Groupes de Tâches à intervalles de Rangs Inclus
- Treilllis dIntervalles de Tâches
- Proposition dun modèle, le Graphe
Potentiels-Bornes, et dalgorithmes pour la
propagation de contraintes temporelles non
conjonctives
- Proposition dun algorithme générique pour la
propagation de conditions non premières/non
dernières - Extension des déductions des opérations locales
et du raisonnement énergétique par un
rapprochement avec les TCSP - Extension des techniques dopérations globales
(shaving) - Mécanismes de propagation de contraintes et
stratégies de recherche pour des problèmes mixtes
(ordonnancement et affectation)
34Prospective
- Problèmes mixtes dordonnancement et daffectation
- mécanismes de propagation dans la phase de
résolution - nouvelles stratégies dexploration arborescente
- recherche à déviation limitée (LDS)
- définition dheuristiques de sélection des
tâches et des ressources
- tâches de durée contingente (observée en cours
dexécution) - projet
- activités de services
- agro-alimentaire/pharmaceutique
- Génération de colonnes
- cas à forte explosion combinatoire
- algorithmes de recherche de chemins sous
contraintes de ressources - hybridation programmation linéaire/approche par
contraintes - Projet LORA
35Plan
- Contexte et bilan des activités
- Travaux de recherche
- Problèmes considérés
- Techniques de propagation de contraintes
- Structures support pour la propagation
- Bilan / Prospective
- Participation à projets
36SCOOP
- Système Coopératif pour lOrdonnancement de
Production - Atelier Pièces de Tôlerie Cambrée ?  mise en
panoplies - Aide à la décision dun préparateur
- Extraction et modélisation des connaissances
- Mécanismes de propagation liés au séquencement de
tâches - Développement en CHIP/XGIP dune maquette de
système interactif
37LORA
- Logiciel dORdonnancement et dAffectation
- réalisation dune plate-forme logicielle pour
lordonnancement et laffectation - Modèle générique des  diagrammes de tâchesÂ
pour la spécification de processus - Développement en Ada Gtk (J.-E. Doucet)
- Définition dun langage général pour la
représentation des processus de réalisation, des
moyens, des savoir-faire, des objectifs et des
solutions (basé sur des schémas XML) - Modalités dinteraction entre les modules
constituant la plate-forme - Créer les outils permettant de classifier un
problème, de faire appel à un algorithme de
résolution, de stocker la(les) solution(s)
produite(s) et de la(les) visualiser
38NETLANDER
- Optimisation boucle de programmation pour une
mission sur Mars
- Optimisation des télécommunications
orbiteur/sondes - Programmation linéaire et génération de colonnes
- Développement en Ilog Concert/Cplex
- Aide à la décision pour la programmation des
expériences - Propagation des contraintes dénergie électrique
et de MdM (raisonnement énergétique)
39PLEIADES
- Programmation des prises de
- vues dun satellite dobservation
- de la Terre super-agile
- Génération de colonnes
- Algorithme de chemins sous
- contraintes de fenêtres
- temporelles (VRPTW) pour la
- détermination de pseudo-séquences
- Développement en Ilog Concert/Cplex
40- Approche par contraintes des problèmes
dordonnancement et daffectation - Structures temporelles et mécanismes de
propagation - Pierre Lopez
- LAAS-CNRS
- Toulouse