ON A CLASS OF META-HEURISTICS FOR THE DESIGN OF MULTI-OBJECTIVE SUPPLY CHAIN SYSTEMS

ON A CLASS OF META-HEURISTICS FOR THE DESIGN OF MULTI-OBJECTIVE SUPPLY CHAIN SYSTEMS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF
On_a_Class_of_Meta-Heuristics_for_The_Design_of_Multi-Objective_Supply_Chain_Systems.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 11 June 2021.

Download (5MB)

Arabic Abstract

تهدف هذه الأطروحة الى تطوير واختبار أداء خوارزميات فوقية الاستدلال لتصميم شبكات سلاسل الإمداد متعددة الأهداف والمنتجات والمستويات. يعرض الجزء الاول من الأطروحة مراجعة شاملة للدراسات السابقة في مجال النمذجة الرياضية لتصميم سلاسل الامداد متعددة الأهداف. تم تصنيف الدراسات السابقة بناءً على طرق الحل الى صنفين: خوارزميات ذات حلول دقيقة وخوارزميات ذات حلول تقريبية . بعد ذلك تم تقييم الدراسات السابقة لكل صنف حسب نوع النمذجة، مقاييس الأداء، نوع سلسلة الامداد، نوع طريقة الحل المستخدمة ، إلخ. بعد ذلك تم تطوير خوارزمية بحث التابو (tabu) ذات المعايير الموزونة لتصميم شبكات سلاسل الامداد متعددة الأهداف والمنتجات والمستويات. وبهذا الصدد تم تطوير خصائص الخوارزمية وعرضها ثم برمجتها واختبارها. ومن ثم تم مقارنة نتائج خوارزمية بحث التابو (tabu) المطوّرة بنتائج خوارزمية اخرى ذات حلول دقيقة مدمجة في برنامج نظام نمذجة الجبر العامة (GAMS) لتصميم سلاسل الامداد الصغيرة والمتوسطة ذات الأهداف المتعددة. حيث أظهرت النتائج التجريبية أن الخوارزمية المطورة لها القدرة للحصول على نتائج عالية الجودة في فترة زمنية قصيرة. ولاستكمال بقية أهداف الأطروحة، تم أيضاً تطوير خوارزميتين إضافيتين هما خوارزمية الوراثة متعددة الأهداف وخوارزمية محاكاة التلدين متعددة الأهداف لتصميم شبكات سلاسل الإمداد متعددة الأهداف والمنتجات والمستويات. أيضاً تم ضبط معايير الخوارزميتين وبرمجتهما واختبارهما وإجراء التجارب الحسابية. تشير نتائج هذه التجارب إلى أن الخوارزميات المطورة لديها القدرة على تصميم سلاسل الامداد متعددة الأهداف والمنتجات والمستويات في فترة زمنية قصيرة. علاوة على ذلك، أظهرت النتائج أن خوارزمية بحث التابو (tabu) المطوّرة قد حققت حلولًا أفضل مقارنة بالخوارزميتين الاخريتين من حيث نسبة الهيمنة والوقت. بالإضافة إلى ذلك، تم دراسة الخصائص الهيكلية لنمذجة سلسلة الامداد متعددة الأهداف لتحسين أداء خوارزمية بحث التابو (tabu). وبعد دراسة الخواص الهيكلية تم تحويل نموذج سلسلة الامداد إلى نموذج شبكة معممة من أجل تقليل الوقت الحسابي والحصول على الحل الأمثل. وبعد ذلك تم تطوير خوارزمية الشبكة المعممة المدمجة في خوارزمية بحث التابو (tabu) لتصميم شبكات سلاسل الإمداد . نظرًا لعدم وجود معيار مرجعي متوفر في الدراسات السابقة، تم تطوير خوارزمية البرمجة الخطية المدمجة في خوارزمية بحث التابو (tabu) للتحقق من صحة الحل الذي تم الحصول عليه وتقييمه . حيث اظهرت النتائج إلى أن خوارزمية الشبكة المعممة المدمجة في خوارزمية بحث التابو (tabu) أسرع من خوارزمية البرمجة الخطية المدمجة في خوارزمية بحث التابو (tabu) من حيث الوقت الحسابي وأن كلا الخوارزميتين حققتا نفس الحلول في المقاييس الأخرى. وتم في هذه الأطروحة أيضا تم اقتراح مجموعة من المقاييس والمعايير الجديدة لتقييم أداء الخوارزميات ، حيث تلعب هذه المقاييس دور هاما في اثراء هذا المجال من البحث. وأكملت الأطروحة بفصل يعرض أهم المساهمات لهذه الاطروحة واقتراح عدة مجالات للبحث في المستقبل.

English Abstract

The aim of this dissertation is to develop and test performance of meta-heuristic algorithms for designing multi-objective, multi-product, multi-echelon supply chain network. The dissertation begins with a comprehensive review of the literature on mathematical modeling of multi-objective supply chain design. The previous works are classified based on the solution techniques into exact algorithms and meta-heuristic algorithms. For each part, the papers are also classified based on several categories: type of modeling, performance measures, type of supply chain, solution technique, etc. Next a tuned-parameter tabu search algorithm for solving multi-objective, multi-product, multi-echelon supply chain design problem has been developed. The characteristics of the algorithm are developed, presented, and then coded and tested. The results obtained are compared with the results obtained by an improved augmented ε-constraint algorithm embedded in the General Algebraic Modeling System (GAMS) software for small-scale and medium-scale instances of the multi-objective supply chain problem. Experimental results have shown that the developed algorithm is capable of obtaining high quality solutions within reasonable time. To achieve the dissertation objectives, additional two other meta-heuristic algorithms called multi-objective genetic algorithm (MOGA) and multi-objective simulated annealing (MOSA) to solve the multi-objective, multi-product, multi-echelon supply chain design problem have been developed. The parameters of MOGA and MOSA are fine-tuned, coded, and tested. Then a computation experiment is designed and conducted. The results indicate that the developed algorithms have the ability to solve the problems in the experiment in acceptable computational time. Moreover, the results show that the developed tabu search algorithm achieve better solutions compared with the others in terms of percent of domination and computational time. In an effort to improve the tabu search algorithm, the structural properties of multi-objective supply chain models are investigated. The structural properties are studied, and the supply chain model is transformed into a generalized network problem in order to reduce the computational time and obtain near Pareto optimal solutions. A generalized network simplex algorithm embedded in the tabu search algorithm (GN-TSA) is developed and employed to design supply chain networks. As there is no benchmark available in the literature, another approach based on the linear programing method embedded in tabu search algorithm (LP-TSA) is developed to validate and evaluate the solution obtained. The results indicate that the developed GN-TSA is faster than LP-TSA in term of the computational time and both approaches achieved the same performance in other metrics. In an effort to have a framework for evaluating the performance of the developed algorithms, a set of new measures is proposed for evaluation of the performance of meta-heuristic algorithms. The proposed metrics enrich this area of research. The dissertation is completed with a conclusion and further research chapter in which the important contributions of this dissertation are highlighted and areas for further research are proposed.

Item Type: Thesis (PhD)
Subjects: Systems
Engineering
Divisions: College Of Computer Sciences and Engineering > Systems Engineering Dept
Committee Advisor: Duffuaa, Salih
Committee Members: Abido, Mohammed and Al-Fares, Hesham and Selim, Shokri and Al-Turky, Omar
Depositing User: AWSAN MOHAMMED (g201303730)
Date Deposited: 12 Jun 2019 15:17
Last Modified: 01 Nov 2019 21:01
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140982