JPH09146773A - スケジューリング方法 - Google Patents

スケジューリング方法

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Publication number
JPH09146773A
JPH09146773A JP30083295A JP30083295A JPH09146773A JP H09146773 A JPH09146773 A JP H09146773A JP 30083295 A JP30083295 A JP 30083295A JP 30083295 A JP30083295 A JP 30083295A JP H09146773 A JPH09146773 A JP H09146773A
Authority
JP
Japan
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constraint
code
mesh
constraint condition
step
Prior art date
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Application number
JP30083295A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Eguchi
Kazuo Kurihara
Tomohiro Murata
智洋 村田
和男 栗原
俊宏 江口
Original Assignee
Hitachi Ltd
株式会社日立製作所
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/30Computing systems specially adapted for manufacturing

Abstract

(57)【要約】 【課題】 並列に実行される複数のジョブに対して制約
条件の下でリソースを割り当てるスケジューリング方法
において、制約条件を変更可能な状態にしておいて解の
探索を進める。 【解決手段】 縦軸方向にジョブ、横軸方向に複数の時
間帯をとるマトリクスの各メッシュに対応して、コード
操作部1022は0/1コードを生成してコード群10
21を作成する。デコード部1031は制約条件101
1の強さとコード群1021の0/1コードとから定ま
る規則を適用して各メッシュにリソースを割り当てて、
解候補1032を作成する。評価部1041は解候補1
032の評価を行ってその結果を評価結果1042に格
納する。コード操作部1022は評価結果1042の結
果に応じてコード群1021の生成を操作する。このよ
うな処理の流れを1サイクルの処理として処理を繰り返
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、スケジューリング
方法に係わり、特に並列に実行される複数のジョブに対
してリソースを割り当てるスケジューリング方法に関す
るものである。

【0002】

【従来の技術】交通分野における車両の運用計画作成で
は、人工知能(AI)の技法を応用したシステムが実用
化されている。例えば「高橋、他:車両基地におけるコ
ンピュータ利用,pp47−50,三菱電機技報vo
l.61,No.2,1987」は、パソコンを利用し
て車両運用管理支援システムを構築している。このシス
テムでは、専門家の知識を利用して全列車の走行キロ数
が均一となるように数日先の運用を考慮して計画を作成
している。また「車両運用計画エキスパートシステム,
pp224,東芝レビューvol.49,No.3,1
993」は、車両運用計画の作成だけでなく、留置計画
の自動作成ならびに故障時等に代替可能な車両を自動検
索する機能をサポートしている。

【0003】

【発明が解決しようとする課題】従来のスケジューリン
グシステムは、解の探索論理にあらかじめ問題固有の探
索知識を組み込んだヒューリスティックアプローチが主
流であったが、これらは計画条件が変化すると実行可能
解の探索が困難になるなど、保守・拡張性の点で問題が
あった。

【0004】一般にユーザから制約条件や評価指標など
の計画条件を詳細まで完全に獲得することは困難であ
り、実際にはユーザがインタラクティブに計画条件を操
作しながら得られた解をユーザの意図に合わせて段階的
に改善していく必要がある。

【0005】本発明の目的は、制約条件や評価指標など
の計画条件を変更できる状態にしておいて解の探索を進
めるようなスケジューリング方法を提供することにあ
る。

【0006】

【課題を解決するための手段】本発明は、縦軸方向に複
数のジョブ、横軸方向に複数の時間帯をとる2次元マト
リクスの各メッシュについて制約条件に従って機材、人
員等のリソースを割り当てるスケジューリング方法にお
いて、記憶装置上に制約条件を変更可能に設定し、2次
元マトリクスの各メッシュに対応して制約条件を緩和す
るか否かを示す0/1コードを生成してコード群を作成
し、制約条件の強さと0/1コードとから定まる規則を
適用して各メッシュにリソースを割り当てて解候補を作
成し、解候補が制約条件を充足し評価項目を満足する程
度に応じて得点を付与し、得点の高い解候補に対応する
コード群を保存するとともに新たなコード群を生成しな
がらコード群作成から得点を付与するまでのステップを
繰り返すスケジューリング方法を特徴とする。

【0007】制約条件の強さを0/1コードによって制
御することによって所定の制約条件の下で解の探索を進
めることができるとともに、制約条件をインタラクティ
ブに変更することによって解の探索空間を外部から柔軟
に制御することができ、制約条件の変化に柔軟に適応可
能なスケジューリングを実現できる。

【0008】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態として
列車ダイヤに対する車両の運用計画の作成問題を例にと
って図面を用いて説明する。

【0009】鉄道の車両は、定期的に検査を受けること
が法律により義務付けられている。検査には車両を一旦
分解して再度組立てる長期検査や、チェック項目を検査
器で自動検査する短期検査など様々なレベルの検査が存
在する。また検査を受ける頻度も車両の種別毎に異な
り、ある鉄道路線においては動力車は1〜2年に1回の
ペースで長期検査を受け、2〜3ヵ月に1回のペースで
短期検査を受けることが義務づけられている。なお全て
の車両について検査計画があらかじめ作成されている。

【0010】一般的には列車の運行ダイヤに割り当てら
れる車両は毎日変更される。例えばある路線における車
両の運用形態は、運用1に割り当てられた車両が翌日は
運用2、翌々日は運用3といったようにローテーション
するように配慮されている。車両の運用計画作成問題
は、年間の検査計画と列車ダイヤを制約条件として、1
ヵ月分の運用番号(ジョブ)に車両(リソース)を割り
当てる組み合わせ問題である。

【0011】図1は、本実施形態の計画立案処理を行う
システムの構成図である。解探索エンジン1020はコ
ード群1021とコード操作部1022から構成され
る。コード群1021は縦軸方向にジョブ、横軸方向に
日付が配列される2次元マトリクスであり、マトリクス
の各メッシュには0か1のコードが割り当てられる。入
力データ1010は、制約条件1011、制約解消知識
1012及び最適化目標1013から構成される。制約
条件1011はジョブにリソースを割り当てるときの制
約条件を規定するものであり、接続制約と割当制約から
成る。制約解消知識1012は制約条件の強さと0/1
コードとに対応して制約を解消するようなルールを設定
するものである。制約解消部1030はデコード部10
31と解候補1032から構成される。デコード部10
31はジョブ×日付が配列されるマトリクスの各メッシ
ュにリソースを割り付ける処理部であり、制約条件10
11に規定される制約条件に従い、また制約解消知識1
012に基づいて制約条件の強さとコード群1021上
の0/1コードによって制御されるルールを選択して実
行することによってリソースの割り付けを行い、その結
果を解候補1032に出力する。最適化目標1013は
いくつかの評価項目ごとにその評価指標を求める関数と
評価項目の重みを設定するものである。多目的評価部1
040は評価部1041と評価結果1042から構成さ
れる。評価部1041は解候補1032上の処理結果に
ついて最適化目標1013に設定される評価を行い、そ
の結果として各解候補に得点を付与して評価結果104
2に出力する処理部である。コード操作部1022は評
価結果1042及びコード群1021を入力して、得点
の低い解候補に適用したコード群をコード群1021か
ら抹消したり、2つのコード群を合成して新しいコード
群を生成するなどの操作を行い、新しいコード群をコー
ド群1021に格納する処理部である。本実施形態のシ
ステムは、コード操作部1022の処理、デコード部1
031の処理及び評価部1041の処理を1サイクルの
処理とし、このサイクルを何回か繰り返すことによつて
最適の計画立案を行う。マンマシン部1050は解候補
1032を入力して、得られた解候補をグラフや表によ
って表示したり、ユーザが制約条件1011、制約解消
知識1012及び最適化目標1013上のデータをイン
タラクティブに変更するよう支援する処理部である。

【0012】図2は、コード群1021のデータ形式を
示す図である。コード群1021はマトリクスの形式を
しており、A,B,・・・,Eは運用番号、1,2,・
・・,nは日付である。各メッシュには0か1がランダ
ムにあるいはコード操作によって生成され、割り当てら
れる。コード群1021は制約条件を制御するマトリク
スであり、1は制約緩和、0は制約充足を意味する。

【0013】図3は、制約条件1011のうち接続制約
を規定するテーブルの例を示す図である。縦軸A〜Eは
運用番号を表し、横軸1〜nは日付を表す。接続制約は
運用番号×日付で指定される特定メッシュの間の同一リ
ソースの割り当てを規定する制約である。各メッシュに
は複数の接続制約を登録することが可能であり、図3の
例では、メッシュ5010について登録された接続制約
の内容5020は、 (1)当メッシュには、前日に運行Aに割り当てた同じ
リソースを割り当てなければならない(必須かつ肯
定)。 (2)当メッシュには、前日に運行Bに割り当てた同じ
リソースを割り当ててはならない(必須かつ否定)。 (3)当メッシュには、前日に運行Cに割り当てた同じ
リソースを割り当てたい(目標かつ肯定)。 (4)当メッシュには、前日に運行Dに割り当てた同じ
リソースを割り当てたくない(目標かつ否定)。を意味
する。

【0014】図4は、制約条件1011のうち割当制約
を規定するテーブルの例を示す図である。接続制約と同
じ様に縦軸A〜Eは運用番号を表し、横軸1〜nは日付
を表す。割当制約は、運用番号×日付で指定される特定
のメッシュへの特定のリソースの割り当てを規定する制
約である。各メッシュには、複数の割当制約を登録可能
であり、図4の例では、メッシュ6010に登録された
割当制約の内容6030は、 (1)当メッシュには、リソースR1を割り当てなけれ
ばならない。 (2)当メッシュには、リソースR2を割り当ててはな
らない。 (3)当メッシュには、リソースR3を割り当てたい。 (4)当メッシュには、リソースR4を割り当てたくな
い。 を意味し、同様にメッシュ6020に登録された割当制
約の内容6040は、(1)当メッシュには、客車に属
するリソースを割り当ててはならない。 (2)当メッシュには、動力車に属するリソースを割り
当てたい。 を意味する。このようにリソースの識別子を直接指定し
たり、リソースの属性を用いて特定の属性に含まれる複
数のリソースを一括して指定する。

【0015】図5は、制約解消知識1012のデータ形
式を示す図である。制約解消知識1012は、ルール群
の選択規則7010と2つのルール群7020,703
0から構成される。選択規則7010は制約条件の強さ
と0/1コードとに対応していずれかのルール群702
0,7030を選択する規則を規定する。ルール群70
20は制約条件を充足するようなルール群を規定する。
ルール群7030は制約条件を緩和するようなルール群
を規定する。

【0016】図6は、デコード部1031の処理の流れ
を示すフローチャートである。まず日付の初期化を行い
(ステップ3010)、次に1か月の処理を終了したと
き(ステップ3020YES)、デコード処理を終了す
る。1か月の処理が終了していないとき、運用番号×日
付のマトリクスの該当日の中でまだリソースが割り付け
られていないメッシュを探索し、未割付メッシュが存在
しない場合(ステップ3030NO)には、日付の更新
を行って(ステップ3040)からステップ3020に
戻る。未割付メッシュが見つかった場合(ステップ30
30YES)には、割付対象とするメッシュを決定し
(ステップ3050)、決定されたメッシュに割り付け
るリソースを決定し(ステップ3060)、結果を解候
補1032上のマトリクスに書き込み(ステップ307
0)、ステップ3030に戻る。

【0017】図7は、ステップ3050の割付対象メッ
シュを決定する処理の詳細を示すフローチャートであ
る。割付は制約条件の優先度が大きいメッシュを優先す
るようにして行われる。デコード部1031は、制約条
件1011を参照して肯定的な必須制約が登録されてい
るメッシュを探索し(ステップ4010)、探索結果を
判定する(ステップ4020)。条件に該当するメッシ
ュが見つかった場合には、そのメッシュが割付対象メッ
シュとなり、ステップ3050の処理は終了する。一方
条件に該当するメッシュが見つからない場合には、
(1)必須かつ肯定(2)必須かつ否定(3)目標かつ
肯定(4)目標かつ否定の順序で該当するメッシュを探
索する。この結果、いずれの条件についても条件を満足
するメッシュが見つからない場合には、未割付メッシュ
を無作為に1つ選択する(ステップ4030)。

【0018】以上のようにして割付対象メッシュと制約
条件又は無条件が決定したとき、デコード部1031は
制約解消知識1012を参照して割付リソースを決定す
る。選択規則7010を参照し、制約条件の強度とコー
ド群1021上の対応するメッシュの0/1コードとか
ら実行すべきルール群を決定し、決定したルール群に登
録されているルールの1つを実行することによりリソー
スの割り付けを行う。このとき指定されたルール群に複
数のルールが登録されている場合には、無作為に1つの
ルールを選択して実行する。

【0019】以上のデコード部1031の処理を1つの
コード群1021の全てのメッシュに対して実行するこ
とによって1つの解候補1032が生成され、複数のコ
ード群1021についてデコード部1031の処理を繰
り返すことにより、全ての解候補1032が生成され
る。

【0020】図8は、最適化目標1013の例を示す図
である。最適化目標1013は、各評価項目について評
価を実行する関数の名称及び評価の結果として得られた
評価指標に対する重みを設定する。

【0021】図9は、評価部1041の処理の流れを示
すフローチャートである。評価部1041はまず1つの
解候補1032を読み込み(ステップ8010)、評価
結果の最高得点を1000点満点として基準点数に設定
する(ステップ8020)。次に違反点数を0点に初期
化する(ステップ8030)。次に解候補1032の制
約違反チェックをしてその結果として違反点数を計算す
る(ステップ8040)。なお必須制約違反及び目標制
約違反したリソース割り付けを評価結果1042に記録
する。次に解候補1032が全体としてどの程度最適化
目標を充足しているかをチェックする(ステップ805
0)。評価部1041は最適化目標1013を参照して
各評価項目ごとに評価関数を実行する。評価関数は解候
補1032を入力データとし、評価指標をペナルティと
して出力する。各評価項目の評価指標に重みを掛けてす
べての評価項目について累計したペナルティを違反点数
に加算する。違反点数は必須制約違反を大きくし、目標
制約違反を小さくする。各評価項目ごとの評価指標を評
価結果1042に記録する。次に基準点数から違反点数
(制約違反の点数+最適化目標の達成違反点数)を差し
引くことにより読み込んだ解候補1032の得点が算出
される(ステップ8060)。最後に算出した得点を評
価結果1042上のコード群1021に対応する解候補
1032に付加して(ステップ8070)、処理を終了
する。解候補1032が複数あるときには、それぞれの
解候補1032について評価部1041の処理を繰り返
す。

【0022】図10は、ステップ8040の制約違反チ
ェックの処理の詳細を示すフローチャートである。評価
部1041は、解候補1032について日付の初期化を
行い(ステップ8041)、1か月の処理を終了したと
き(ステップ3042YES)、処理を終了する。処理
終了でなければ、運用番号(ジョブ)を初期化し(ステ
ップ8043)、該当日のすべての運用番号についてリ
ソース割付の制約違反をチェックしたかを判定し(ステ
ップ8044)、チェックが完了している場合には、日
付を更新して(ステップ8045)、ステップ8042
に戻る。チェックが完了していない場合には、制約条件
1011を参照して当該運用番号に割り付けられたリソ
ースが制約条件を充足しているか否かをチェックし、違
反している場合には違反点数を累計して更新する(ステ
ップ8046)。次に運用番号を更新して(ステップ8
047)、ステップ8044に戻る。

【0023】コード操作部1022は、評価結果104
2を参照し、解候補1032に対応する得点の高いコー
ド群1021を優先的に保存し、得点の低いコード群1
021はコード群の確率的な抹消(自然淘汰)、2つの
コード群の合成による新しいコード群の生成(交叉)、
0/1コードパタンの確率的な反転(突然変異)を行っ
て、新たな0/1コードの組み合わせをもつコード群1
021を生成する。自然淘汰は常にn個のコード群10
21を保存するように、保存されているコード群102
1及び追加されたコード群1021のうちから得点の低
いコード群1021を抹消することである。交叉は2つ
の親となるコード群1021の同一メッシュにある0/
1コードを合成規則に基づいて合成し、合成されたコー
ドを子の同一メッシュに設定する方法である。一例とし
て合成する2つの親の同一メッシュのコードが同一なら
ば子の同一メッシュのコードも同じものを継承させ、親
のコードが異なる場合には確率Pに応じて子のコードを
決定する。ここで確率Pは子のコードの非0要素比率が
得点の高い親の非0要素比率と同一になるように動的に
定められる。一般に遺伝的アルゴリズムにおける突然変
異オペレーションの目的は解探索が局所解に陥るのを防
ぐことである。突然変異オペレーションは、ある突然変
異率Pにより0/1コードを反転させる処理である。

【0024】マンマシン部1050は、解候補1032
及び評価結果1042を入力して得られた解候補をグラ
フや表によつて表示する。またマンマシン部1050
は、制約条件1011、制約解消知識1012及び最適
化目標1013の内容の変更を支援する。

【0025】図11(a)は、解候補1032を表で示
す車両運用表である。R01,R02・・・は車両の識
別子である。図11(b)は車両運用グラフであり、同
一車両を直線で接続して示したグラフである。

【0026】図12は、車両運用グラフであるが、制約
違反したリソースの割り付けを強調表示している。黒丸
は必須制約違反、斜線を引いた丸は目標制約違反をした
リソース割り付けを示す。グラフの縦軸方向の項目は運
用番号である。

【0027】図13は、車両運用表であるが、縦軸方向
に車両の識別子をとり、横軸方向に日付をとり、各メッ
シュに運用番号を表示するものである。この表において
も必須制約違反及び目標制約違反したリソース割り付け
を表示色によって強調表示することができる。

【0028】図14は、各評価項目の評価指標の充足度
を正規化して示すレーダチャートである。A,B,C,
Dは評価項目である。解13010は1つの代案、解1
3020は別の代案である。計画立案者は、レーダチャ
ート、車両運用表、車両運用グラフなどの情報を総合判
断して複数の代案の優劣を判定することができる。

【0029】以上の実施形態は、車両運用計画を例にと
って説明したが、本発明は各ジョブが並列に実行できる
ような条件付リソース割当てアプリケーションであれば
他のアプリケーションにも適用される。ここでリソース
とは、機材、人員等である。一般に2次元マトリクスの
縦軸方向に各ジョブの識別子、横軸方向に複数の時間帯
(時間、日、週、月など)がとられる。

【0030】

【発明の効果】本発明によれば、変更可能な制約条件を
遺伝的アルゴリズムによって生成するコード群の0/1
コードで制御するので、制約条件の変化に柔軟に適応可
能なスケジューリングが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】実施形態のシステムの構成図である。

【図2】実施形態のコード群1021のデータ形式を示
す図である。

【図3】実施形態の制約条件1011の中で接続制約の
例を示す図である。

【図4】実施形態の制約条件1011の中で割当制約の
例を示す図である。

【図5】実施形態の制約解消知識1012のデータ形式
を示す図である。

【図6】実施形態のデコード部1031の処理の流れを
示すフローチャートである。

【図7】実施形態のステップ3050の処理の詳細を示
すフローチャートである。

【図8】実施形態の最適化目標1013の例を示す図で
ある。

【図9】実施形態の評価部1041の処理の流れを示す
フローチャートである。

【図10】実施形態のステップ8040の処理の詳細を
示すフローチャートである。

【図11】実施形態の車両運用表及び車両運用グラフを
示す図である。

【図12】実施形態の制約違反を強調表示する車両運用
グラフを示す図である。

【図13】実施形態の他の車両運用表を示す図である。

【図14】実施形態の各評価項目の評価指標の充足度を
示すレーダチャートである。

【符号の説明】

1011・・・制約条件、1021・・・コード群、1
022・・・コード操作部、1031・・・デコード
部、1032・・・解候補、1041・・・評価部、1
042・・・評価結果

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のジョブに対して機材や人員等のリソ
    ースを割り当てるスケジューリング方法において、縦軸
    方向に各ジョブの識別子、横軸方向に複数の時間帯をと
    る2次元マトリクスの各メッシュについて制約条件に従
    ってリソースを割り当てるものとし、 該制約条件を記憶装置上に変更可能に設定するステップ
    と、 該マトリクスの各メッシュに対応して制約条件を緩和す
    るか否かを示す0/1コードを生成してコード群を作成
    するステップと、 制約条件の強さと0/1コードとから定まる規則を適用
    して各メッシュにリソースを割り当てて解候補を作成す
    るステップと、 解候補が制約条件を充足し、評価項目を満足する程度に
    応じて得点を付与するステップとを有し、 得点の高い解候補に対応するコード群を保存するととも
    に新たなコード群を生成しながら上記コード群作成のス
    テップから得点を付与するステップまでを繰り返すこと
    を特徴とするスケジューリング方法。
  2. 【請求項2】該制約条件は必須条件か目標条件、肯定制
    約(すべき/した方がよい)か否定制約(してはいけな
    い/しない方がよい)の組合わせから成ることを特徴と
    する請求項1記載のスケジューリング方法。
  3. 【請求項3】該制約条件は特定のメッシュに特定のリソ
    ースを割り当てるべきか否かを示す割当制約と、時間帯
    が隣接する複数のメッシュについてリソース割当を規定
    する接続制約とから成ることを特徴とする請求項1記載
    のスケジューリング方法。
  4. 【請求項4】解候補が制約条件を充足していないとき、
    該得点に対する減点とすることを特徴とする請求項1記
    載のスケジューリング方法。
  5. 【請求項5】該解候補に基づいて該マトリクスの各メッ
    シュにリソースを割り付けた結果を表示することを特徴
    とする請求項1記載のスケジューリング方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007090410A1 (en) * 2006-02-06 2007-08-16 Medtime A/S A method and system for resource planning

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2007090410A1 (en) * 2006-02-06 2007-08-16 Medtime A/S A method and system for resource planning

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