論文の概要: Introducing PetriRL: An Innovative Framework for JSSP Resolution Integrating Petri nets and Event-based Reinforcement Learning

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.00046v2
• Date: Wed, 8 May 2024 10:47:57 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-05-09 18:31:11.797992
• Title: Introducing PetriRL: An Innovative Framework for JSSP Resolution Integrating Petri nets and Event-based Reinforcement Learning
• Title（参考訳）: PetriRLの導入: イベントベース強化学習とペトリネットの統合によるJSSP解決のための革新的フレームワーク
• Authors: Sofiene Lassoued, Andreas Schwung,
• Abstract要約: PetriRLは、ペトリネットと深層強化学習を統合する新しいフレームワークである。 ペトリRLは、離散事象系をモデル化する際のペトリネット固有の強みを生かしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.8750364147156247
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Resource utilization and production process optimization are crucial for companies in today's competitive industrial landscape. Addressing the complexities of job shop scheduling problems (JSSP) is essential to improving productivity, reducing costs, and ensuring timely delivery. We propose PetriRL, a novel framework integrating Petri nets and deep reinforcement learning (DRL) for JSSP optimization. PetriRL capitalizes on the inherent strengths of Petri nets in modelling discrete event systems while leveraging the advantages of a graph structure. The Petri net governs automated components of the process, ensuring adherence to JSSP constraints. This allows for synergistic collaboration with optimization algorithms such as DRL, particularly in critical decision-making. Unlike traditional methods, PetriRL eliminates the need to preprocess JSSP instances into disjunctive graphs and enhances the explainability of process status through its graphical structure based on places and transitions. Additionally, the inherent graph structure of Petri nets enables the dynamic additions of job operations during the inference phase without requiring agent retraining, thus enhancing flexibility. Experimental results demonstrate PetriRL's robust generalization across various instance sizes and its competitive performance on public test benchmarks and randomly generated instances. Results are compared to a wide range of optimization solutions such as heuristics, metaheuristics, and learning-based algorithms. Finally, the added values of the framework's key elements, such as event-based control and action masking, are studied in the ablation study.
• Abstract（参考訳）: 資源利用と生産プロセスの最適化は、今日の競争力のある工業分野の企業にとって不可欠である。 ジョブショップスケジューリング問題(JSSP)の複雑さに対処することは、生産性の向上、コスト削減、タイムリーなデリバリの確保に不可欠である。 JSSP最適化のためのペトリネットと深部強化学習(DRL)を統合した新しいフレームワークであるPetriRLを提案する。 ペトリRLは、グラフ構造の利点を生かしながら離散イベントシステムのモデル化において、ペトリネットの固有の強みを生かしている。 Petrinetはプロセスの自動化コンポーネントを管理し、JSSP制約の遵守を保証する。 これにより、DRLのような最適化アルゴリズム、特に重要な意思決定において、シナジスティックな協調が可能になる。 PetriRLは従来の方法とは異なり、JSSPインスタンスを解離グラフにプリプロセスする必要をなくし、場所と遷移に基づいたグラフィカルな構造を通じてプロセス状態の説明可能性を高める。 さらに、ペトリネット固有のグラフ構造により、エージェントの再トレーニングを必要とせず、推論フェーズにおけるジョブ操作の動的追加が可能となり、柔軟性が向上する。 実験により、ペトリRLの様々なインスタンスサイズに対する堅牢な一般化と、公開テストベンチマークやランダムに生成されたインスタンス上での競合性能が示された。 結果は、ヒューリスティックス、メタヒューリスティックス、学習に基づくアルゴリズムなど、幅広い最適化ソリューションと比較される。 最後に,イベントベース制御やアクションマスキングなどのフレームワークのキー要素の追加値について,アブレーション研究で検討した。

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