Networked Warehouse Management Systems 2:
Packing with Complex Shapes.

This ANR-11-BS02-0005 Blanc SIMI 2 project Net-WMS-2 (2011-2015) is a follow-up of the European 6th PCRD Strep Net-WMS (2006-2010) with a restricted consortium composed of:

Inria Paris-Rocquencourt

Dr François Fages (coordinator)
Dr Sylvain Soliman

Ecole des Mines de Nantes

Prof. Nicolas Beldiceanu
Dr. Gilles Chabert

PME KLS-OPTIM

Dr Abderrahmane Aggoun

Abstract

Existing Warehouse Management Systems (WMS) provide advanced features to manage the movement of items within the warehouse, but fail to comply with the increasing demand on more numerical handling, in particular for achieving a flexible supply chain model capable of handling personalised orders in a cost-effective and eco-efficient manner. Generally, WMS are lacking optimisation functionalities and advanced packing tools for determining how to pack items on a pallet, how many cartons are needed to pack customer items, how to pack pallets in a truck according to stability constraints and customers to visit, or at a larger scale, how to redesign a storage area, an assembly line, etc.

The vision of the Net-WMS-2 project is that these hard combinatorial optimisation functionalities can be addressed in a new generation of WMS with advanced software technologies combining rule-based knowledge representation and constraint programming optimisation.

This project builds on the former European FP6 Net-WMS Strep project that has shown that constraint-based optimisation techniques can considerably improve industrial practice for box packing problems, while identifying hard instances that cannot be solved optimally, especially in industrial 3D packing problems with rotations, the needs for dealing with more complex shapes (e.g. wheels, silencers) involving continuous values.

The aim of the Net-WMS-2 follow-up project is to solve these remaining problems by focusing on them with a restricted consortium composed of the three key partners on these particular topics. To this end, we expect to advance the state-of-art in

  • constraint solving for hybrid discrete-continuous geometrical constraints,
  • constraint propagation with polymorphic shapes,
  • search strategies for packing problems with discrete rotations,
  • knowledge representation with rule-based modelling languages,
  • integration of design and optimisation technologies in WMS.

Based on these contributions, we will develop innovative prototype tools for supply chain decision making, including:

  • a generic pallet/container loading optimiser
  • a prototype solving a real-world industrial pallet loading problem
  • a packing designer for complex shapes
  • a prototype solving a real-world packing problem with complex shapes

The academic partners will make most of the technology available to the scientific and technological communities through their integration in the open-source software they develop, respectively in the CHOCO/IBEX constraint programming system developed by EMN, and in the Rules2CP modelling language developed by INRIA. The SME KLS OPTIM will integrate these developments in the existing KLS optimisation suite which is itself largely based on Net-WMS technology.

In this way, we hope, on the one hand, to make fundamental contributions in the emerging field of hybrid continuous-discrete geometrical constraint programming, and on the other hand, to apply these novel optimisation techniques to real-life packing problems in the industry, with a flexible supply chain model capable of handling personalised orders in a cost-effective and eco-efficient manner.


Résumé

Les systèmes de gestion d'entrepôts (WMS) existants aujourd'hui fournissent des fonctionnalités avancées de gestion et de suivi des mouvements des articles à l'intérieur d'un entrepôt, mais ne permettent pas de satisfaire la demande croissante d’un traitement numérique pour aboutir notamment à un modèle de chaîne d'approvisionnement agile, capable de traiter des commandes personnalisées d'une façon économique en coût et en impact sur l'environnement. Généralement, les WMS manquent des fonctions d'optimisation et des outils avancés de colisage pour déterminer comment positionner des articles sur des palettes, combien de cartons utiliser pour emballer les articles d'un client, comment positionner les palettes dans une remorque suivant des contraintes de stabilité et les clients à visiter, ou à une plus large échelle, comment concevoir une zone de stockage, une chaîne d'assemblage, etc.

La vision du projet Net-WMS-2 est que ces fonctionnalités d'optimisation combinatoire difficiles peuvent être traitées dans une nouvelle génération de WMS dotée de technologies logicielles avancées combinant la représentation des connaissances par des règles, l'optimisation et la programmation par contraintes. Ce projet s'appuie sur les résultats d'un précédent projet européen SREP FP6 Net-WMS qui a montré que les techniques d'optimisation par contraintes peuvent considérablement améliorer la pratique industrielle pour les colisages de boîtes, tout en identifiant des cas difficiles qui ne peuvent pas se résoudre de façon optimale, en particulier dans les problèmes de colisage 3D avec rotation, ainsi que le besoin de traiter des formes plus complexes (par exemple des roues, des silencieux, etc.)

Le but du projet suite Net-WMS-2 est de résoudre ces problèmes restants avec un consortium restreint composé des trois partenaires clés de Net-WMS sur ces sujets. A cette fin, nous pensons faire avancer l'état de l'art en:

  • résolution de contraintes pour les contraintes géométriques hybrides discrète continues,
  • propagation de contraintes avec formes polymorphes,
  • stratégies de recherche pour les problèmes de colisage avec rotations discrètes,
  • représentation des connaissances avec les langages de modélisation à base de règles,
  • intégration des technologies de conception et d'optimisation dans les WMS.

En nous fondant sur ces contributions, nous allons développer des outils prototype innovants d'aide à la décision sur la chaîne d'approvisionnement, incluant:

  • un outil d’optimisation générique de chargement de palettes/containeurs
  • un prototype résolvant un problème industriel en vraie grandeur de chargement de palettes
  • un outil concepteur de colisage pour les formes complexes,
  • un prototype résolvant un problème réel de colisage avec formes complexes.

Les partenaires académiques rendront disponibles la majeure partie de la technologie aux communautés scientifiques et techniques à travers son intégration dans les logiciels libres qu'ils développent, respectivement dans les systèmes de programmation par contraintes CHOCO/IBEX développés par ARMINES (EMN), et dans le langage de modélisation Rules2CP/PKML développé par Inria. La PME KLS OPTIM intégrera ces développements dans KLS Optimisation Suite qui est elle-même largement basée sur la technologie développée dans le projet Net-WMS. Nous espérons ainsi d'une part contribuer de façon fondamentale aux techniques de programmation par contraintes géométriques hybrides continues discrètes, et d'autres part appliquer ces nouvelles technologies d'optimisation à des problèmes réels de colisage dans l'industrie, avec un modèle de production flexible capable de traiter des ordres personnalisés de façon efficace en coût et en énergie.