Development of a time-efficient heuristic method for production scheduling with resource constraints and changeover considerations

Abstract

The use of the correct tool in the resource production planning process is absolutely necessary in order for industries to compete effectively and be successful in the actual global economy. The heuristic method developed as part of this research is computationally time efficient and allows solving production planning problems with restrictions of resources and considering product or parts changeover times. The proximity of the results obtained by the heuristic method was compared against a mix integer linear programming model developed by Stefan Voss. This model consideres the setup times and the capacity available for production. Both the optimization model and the heuristic method where programmed and executed in “Visual BASIC”. A statistical experiment was designed and executed to determine how close the solution of the heuristic method was from the optimal value and the computational time savings when the heuristic method is used. Having this information analyzed, a case study that provides the necessary complexity to evaluate both models was developed using an experimental design. Using regression analysis and normality tests for the residuals, the difference between objective function value and computational time from both methods demonstrates that the heuristic method provides a solution near the optimum value using always minimal computational time.

Usar la herramienta correcta en la planificación de los recursos de producción es absolutamente necesario para que las industrias puedan competir eficazmente y tener éxito en la actual economía global. El método heurístico desarrollado en esta investigación es uno de tiempo computacional eficiente que permite resolver problemas de planificación de producción con restricciones de recursos considerando el tiempo de ajuste por productos o partes. La efectividad de los resultados obtenidos por el método heurístico fue comparada usando un modelo de programación entera mixta desarrollado por Stefan Voss. Este modelo toma en consideración los tiempos de ajuste de máquinas y la capacidad disponible al momento de planificar la producción. Tanto el modelo de optimización como el método heurístico fueron programados y ejecutados en el lenguaje “Visual Basic”. Se diseñó y ejecutó un experimento estadístico para determinar cuán cercana estaba la solución del método heurístico del valor óptimo y cuánto tiempo se economiza haciendo uso del método heurístico. Teniendo esta información analizada, se procedió a desarrollar un caso de estudio que provee la complejidad necesaria para evaluar ambos modelos con un diseño de experimento. Usando análisis de regresión se evaluó la diferencia entre la función objetivo y el tiempo computacional de los métodos y se demostró que el método heurístico provee una solución bien cercana al óptimo haciendo uso siempre de un tiempo computacional mínimo.