[논문 리뷰] Heuristic and Metaheuristic Methods for the Unrelated Machines Scheduling Problem: A Survey

Marko Ðurasević, Domagoj Jakobović|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 27.

Scheduling and Optimization Algorithms참고 문헌 227인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 최근 30년간의 연구를 종합적으로 분석하여 비동일 병렬기계 스케줄링 문제(UPMSP)에 적용된 휴리스틱 및 메타휴리스틱 방법에 대한 포괄적인 종합 검토를 제공한다. 200여 편이 넘는 연구를 체계적으로 분류하였으며, 특히 최근 10년간 휴리스틱 및 메타휴리스틱 기법의 적용 증가 추세를 확인하였다. 주요 문제 변형, 해법 기법, 향후 연구 방향(다목적 최적화 및 녹색 스케줄링 포함)을 제시한다.

ABSTRACT

Today scheduling problems have an immense effect on various areas of human lives, be it from their application in manufacturing and production industry, transportation, or workforce allocation. The unrelated parallel machines scheduling problem (UPMSP), which is only one of the many different problem types that exist, found its application in many areas like production industries or distributed computing. Due to the complexity of the problem, heuristic and metaheuristic methods are gaining more attention for solving it. Although this problem variant did not receive much attention as other models, recent years saw the increase of research dealing with this problem. During that time, many different problem variants, solution methods, or other interesting research directions were considered. However, no study has until now tried to systematise the research in which heuristic methods are applied for the UPMSP. The goal of this study is to provide an extensive literature review on the application of heuristic and metaheuristic methods for solving the UPMSP. The research was systematised and classified into several categories to enable an easy overview of the different problem and solution variants. Additionally, current trends and possible future research directions are also shortly outlined.

연구 동기 및 목표

• 비동일 병렬기계 스케줄링 문제(UPMSP)에 적용된 휴리스틱 및 메타휴리스틱 방법에 대한 체계적인 문헌 검토를 제공하기 위해.
• 문제 변형 및 해법 기법을 기반으로 UPMSP에 관한 연구를 분류하고 체계화하여 접근성과 개요 향상을 위해.
• 휴리스틱 및 메타휴리스틱 접근법의 UPMSP 적용 분야에서의 현재 연구 추세와 격차를 규명하기 위해.
• 기계 고장, 선행 관계 등 실제 제약 조건과 같은 다목적 최적화 및 실용적 제약 조건과 같은 미충분한 연구 영역를 부각하기 위해.
• 녹색 스케줄링 및 복잡한 제약 조합 통합과 같은 새로운 연구 방향을 제시하여 향후 연구를 안내하기 위해.

제안 방법

• 최근 30년간 비동일 병렬기계 스케줄링 문제(UPMSP)에 대한 휴리스틱 및 메타휴리스틱 적용에 관한 200편 이상의 논문을 대상으로 한 체계적 문헌 검토.
• 해법 기법(예: 우선순위 규칙, 유전자 알고리즘, 시뮬레이티드 어닐링 등)과 문제 변형(예: 준비시간, 다목적 등)을 기반으로 연구를 분류.
• 최근 수년간 정확한 및 근사 방법에 비해 메타휴리스틱의 지배적 우세가 증가하는 등의 방법론적 추세 분석.
• 기계 할당 가능성, 순서 의존적 준비시간, 기계 고장 등의 문제 특화 제약 조건을 분류.
• 다목적 최적화 기법 분석, 특히 가중합 방법에서 진정의 다목적 기법으로의 전환.
• 녹색 스케줄링과 같은 새로운 추세 통합, 환경 영향 및 에너지 소비를 스케줄링 목표에 통합함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 UPMSP를 해결하는 데 가장 흔히 사용되는 휴리스틱 및 메타휴리스틱 기법은 무엇이며, 시간이 지남에 따라 그 적용은 어떻게 변화해 왔는가?
• RQ2 UPMSP의 어떤 문제 변형이 가장 자주 연구되었고, 어떤 것은 여전히 미충분한 연구를 받고 있는가?
• RQ3 UPMSP 연구에서 다목적 최적화 접근법은 어떻게 진화했으며, 현재 최신 기술 수준는 어떠한가?
• RQ4 기계 고장, 선행 관계, 준비시간과 같은 실제 제약 조건은 최근 UPMSP 연구에서 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 특히 지속 가능성 및 녹색 제조의 맥락에서 UPMSP의 새로운 연구 방향은 무엇인가?

주요 결과

• 휴리스틱 및 메타휴리스틱 기법에 대한 UPMSP 연구의 약 70%가 최근 10년 내에 발표되었으며, 이는 관심의 급격한 증가를 시사한다.
• 이 분야의 약 40%의 연구가 최근 5년 내에 발표되었으며, 이는 분야 내 강력하고 지속적인 발전 추세를 확인한다.
• 다목적 최적화는 주요 추세로 부상하고 있으며, 비가중합 기반의 진정한 다목적 접근법을 중점으로 한 연구가 급격히 증가하고 있다.
• 준비시간 제약 조건은 잘 다루지고 있으나, 선행 관계 및 기계 고장과 같은 제약 조건은 여전히 미흡하게 다루어지고 있으며, 보다 맞춤형 알고리즘 설계가 필요하다.
• 녹색 스케줄링, 특히 에너지 인식 스케줄링이 점점 더 주목받고 있으며, 최적화된 스케줄링을 통해 환경 영향을 최소화하는 데 초점이 맞춰지고 있다.
• 다양한 실제 복잡성(예: 동적 교란, 상호의존적 제약 조건 등)은 광범위한 연구에도 불구하고 현재 UPMSP 문헌에서 여전히 미충분한 연구를 받고 있다.