Order release planning with predictive lead times: a machine learning approach

Figures & data

Figure 1. Production System of the Simulation Model with routing, processing time distributions and demand interarrival time distributions.

Figure 2. Setting adaptive lead times.

Figure 3. Safety lead time under the assumption of normally distributed deviations of the flow time forecasts.

Figure 4. The artificial neural network architecture.

Table 1. Result of feature selection for bottleneck products (top) and non-bottleneck products (bottom), where features with $5\mathrm{\%}$-significance are printed in bold.

Feat.	JIQ3	JIS	JIQ2	JIQ1	MQ,EX	MQ,EX,S3
PMI	0.6971	0.5133	0.1019	0.07736	0.02878	0.02683
Feat.	WIQ2	MQ,EX,S1	MF,LP	MQ,LP	Mq,LP	MQ,S2
PMI	0.02608	0.02421	0.02286	0.02241	0.02215	0.02099
Feat.	MQ,S3,LP	MF,EX	MF,EX,item	MF,LP,item	MQ,EX,S2	MQ,LP,S1
PMI	0.02068	0.01691	0.01561	0.01543	0.01434	0.01393
Feat.	MQ,S2,LP	SF	Sq	SQ,S2	SQ,S3	MF
PMI	0.01239	0.01025	0.008127	0.007766	0.007221	0.005646
Feat.	MQ	SQ	Mq	MQ,S3	MF,item	SF,item
PMI	0.005482	0.005285	0.003558	0.002541	0.002164	0.001189
Feat.	JIQ1	WIQ2	WIQ3	MQ,EX	JIS	MF,EX,item
PMI	0.6484	0.1636	0.07729	0.02794	0.02545	0.02508
Feat.	MQ,LP,S1	MQ,EX,S1	MQ,LP	JIQ2	MQ,EX,S2	MF,LP
PMI	0.02494	0.02351	0.02345	0.02107	0.0201	0.01984
Feat.	MF,LP,item	JIQ3	MQ,S2	Mq,LP	MQ,S2,LP	MQ,S3,LP
PMI	0.01906	0.01785	0.01779	0.01774	0.01751	0.01674
Feat.	MQ,EX,S3	SQ,S3	MF,EX	MQ,S3	Sq	SQ,S2
PMI	0.01562	0.01392	0.01232	0.01001	0.009969	0.009168
Feat.	MF,item	SF,item	Mq	P	MF	SF
PMI	0.005694	0.004931	0.002631	−0.00143	−0.002299	−0.006629

Figure 5. Flow time forecast accuracy of all products for all scenarios.

Table 2. Results for a bottleneck utilisation of 70%.

70-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{U}\mathsf{n}\mathsf{i}\mathsf{f}$	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	34.2	47.2	151.8	199.0	233.2	82.5%
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	48.5	187.2	10.8	198.0${}^{\ast }$	246.4	98.8%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	35.4	39.0	184.3	223.3	258.6	78.7%
$\mathsf{B}\mathsf{I}\mathsf{L}$	29.3	480.2	0.5	480.7	510.0	99.9%
70-$\mathsf{U}\mathsf{n}\mathsf{i}\mathsf{f}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	45.3	75.6	177.5	253.2	298.4	82.7%
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	67.5	180.7	60.2	240.9	308.4	94.3%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	48.3	73.1	207.0	280.1	328.4	79.9%
$\mathsf{B}\mathsf{I}\mathsf{L}$	40.1	439.7	11.1	450.8	490.8	99.1%
70-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	76.6	169.7	92.5	262.2	338.8	91.6%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	55.3	89.1	228.0	317.2	372.5	79.5%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	57.9	88.7	242.5	331.2	398.1	78.5%
$\mathsf{B}\mathsf{I}\mathsf{L}$	48.6	409.0	24.2	433.2	481.8	98.0%

Table 3. Results for a bottleneck utilisation of 80%.

80-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{U}\mathsf{n}\mathsf{i}\mathsf{f}$	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	55.4	71.1	170.6	241.8	297.2	84.7%
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	88.1	165.0	69.2	234.1	322.2	93.9%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	59.1	64.5	211.4	275.9	335.0	81.1%
$\mathsf{B}\mathsf{I}\mathsf{L}$	45.9	501.8	7.8	509.6	555.5	99.4%
80-$\mathsf{U}\mathsf{n}\mathsf{i}\mathsf{f}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	109.2	211.2	141.9	353.0	462.2	90.3%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	79.5	103.0	311.7	414.7	494.3	77.3%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	83.1	96.6	333.7	430.3	513.3	76.0%
$\mathsf{B}\mathsf{I}\mathsf{L}$	65.4	436.2	57.6	493.8	559.2	96.5%
80-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	116.3	188.0	220.0	407.9	524.3	86.0%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	93.0	136.9	367.9	504.8	597.8	76.2%
$\mathsf{B}\mathsf{I}\mathsf{L}$	78.4	396.0	131.8	527.8	606.2	94.0%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	98.4	121.6	411.9	533.5	631.8	73.9%

Figure 6. Job Shop Simulation Model with routing, processing time distributions and demand interarrival time distributions.

Table 4. Results for job shop production environment.

80-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	77.2	189.8	95.5	285.3	362.6	91.1%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	45.2	88.7	232.6	321.3	366.5${}^{\ast }$	79.4%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	52.2	80.9	274.2	355.1	407.3	76.0%
$\mathsf{B}\mathsf{I}\mathsf{L}$	34.5	545.2	2.5	547.7	582.2	99.8%

Table 5. Results for 80-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$ with (top) and without safety lead times (bottom).

Safety lead time	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	116.3	188.0	220.0	407.9	524.3	86.0%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	93.0	136.9	367.9	504.8	597.8	76.2%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	98.4	121.6	411.9	533.5	631.8	73.9%
No Safety lead time	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
${\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}}_{-}{\mathsf{n}\mathsf{o}}_{-}\mathsf{s}\mathsf{a}\mathsf{f}\mathsf{e}\mathsf{t}\mathsf{y}$	124.9	168.0	315.2	483.2	608.2	79.9%
${\mathsf{E}\mathsf{S}}_{0.1}$	97.6	37.2	896.7	933.8	1031.4	43.4%
${\mathsf{E}\mathsf{S}}_{0.2}$	103.3	31.2	957.1	988.3	1091.6	40.2%

Table 6. Sensitivity analysis for modified cost ratios of FGIC and BOC.

80-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{U}\mathsf{n}\mathsf{i}\mathsf{f}$ 1:9	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	83.6	188.2	106.3	294.6	378.2	95.9%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	58.3	97.5	339.0	436.5	494.8	86.7%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	61.4	100.8	352.9	453.7	515.1	86.2%
80-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{U}\mathsf{n}\mathsf{i}\mathsf{f}$ 1:19	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	81.1	212.1	168.3	380.4	461.4	96.9%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	59.1	163.5	480.8	644.3	703.4	90.9%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	61.6	155.5	505.1	660.6	722.2	90.6%
80-$\mathsf{U}\mathsf{n}\mathsf{i}\mathsf{f}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$ 1:9	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	101.9	262.9	227.0	489.9	591.8	93.1%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	77.1	200.4	397.0	597.3	674.4	87.8%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	81.9	178.2	472.6	650.7	732.6	85.5%
80-$\mathsf{U}\mathsf{n}\mathsf{i}\mathsf{f}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$ 1:19	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	96.8	294.2	441.2	735.4	832.2	94.0%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	74.8	244.5	583.9	828.4	903.1	91.8%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	78.4	233.5	677.5	911.0	989.4	90.7%
80-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$ 1:9	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	109.9	238.1	398.5	636.6	746.4	89.2%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	87.3	221.7	459.8	681.5	768.7${}^{\ast }$	87.3%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	91.7	201.6	536.9	738.5	830.2	85.2%
80-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$ 1:19	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	105.1	281.5	733.5	1015.0	1120.2	90.9%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	88.2	270.9	816.7	1087.6	1175.8	89.4%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	91.5	253.2	935.6	1188.8	1280.3	88.2%

Table 7. Results for 80-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$-$\mathsf{E}\mathsf{x}\mathsf{p}$ with limited release quantity.

No limit	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	116.3	188.0	220.0	407.9	524.3	86.0%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	93.0	136.9	367.9	504.8	597.8	76.2%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	98.4	121.6	411.9	533.5	631.8	73.9%
Limit 10	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	100.3	157.2	268.0	425.2	525.5${}^{\ast }$	82.7%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	87.2	111.0	434.2	545.3	632.5	71.6%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	92.4	98.3	491.6	589.9	682.3	69.0%
Limit 12	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	102.9	174.1	216.9${}^{\ast }$	391.0	493.9	85.4%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	91.7${}^{\ast }$	125.1	402.5	527.6	619.3	74.1%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	95.2	112.8	435.1	547.9	643.0${}^{\ast }$	72.1%
Limit 14	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	108.3	180.4	225.4${}^{\ast }$	405.8${}^{\ast }$	514.1${}^{\ast }$	85.6%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	92.3${}^{\ast }$	132.8	378.7	511.5${}^{\ast }$	603.7${}^{\ast }$	75.5%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	95.9	114.4	421.1${}^{\ast }$	535.4${}^{\ast }$	631.4${}^{\ast }$	72.8%

Table A1. Results for 80-Exp-Exp with (top) and without safety lead times (bottom).

Safety lead time	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	77.2	189.8	95.5	285.3	362.6	91.1%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	45.2	88.7	232.6	321.3	366.5${}^{\ast }$	79.4%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	52.2	80.9	274.2	355.1	407.3	76.0%
No Safety lead time	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
${\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}}_{-}{\mathsf{n}\mathsf{o}}_{-}\mathsf{s}\mathsf{a}\mathsf{f}\mathsf{e}\mathsf{t}\mathsf{y}$	88.8	160.4	211.5	371.9	460.6	81.4%
${\mathsf{E}\mathsf{S}}_{0.1}$	42.1	12.3	515.3	527.7	569.7	54.6%
${\mathsf{E}\mathsf{S}}_{0.2}$	46.6	12.7	519.1	531.7	578.3	55.0%

Table A2. Sensitivity analysis for modified cost ratios of FGIC and BOC.

JS-80-Exp-Exp 1:9	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	40.7	131.0	241.8	372.8	413.5	90.3%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	44.9	129.2	268.2	397.4	442.3	89.3%
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	77.3	241.5	137.0	378.5	455.8	94.2%
JS-80-Exp-Exp 1:19	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	72.2	294.1	182.4	476.5	548.7	96.3%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	43.5	161.7	432.7	594.5	637.9	91.7%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	48.0	160.8	459.3	620.0	668.0	91.3%

Table A3. Results for 80-Exp-Exp with limited release quantity.

JS-no limit	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	77.2	189.8	95.5	285.3	362.6	91.1%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	45.2	88.7	232.6	321.3	366.5${}^{\ast }$	79.4%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	52.2	80.9	274.2	355.1	407.3	76.0%
JS-limit 10	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	42.4	125.9	159.6	285.6${}^{\ast }$	327.9	86.3%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	44.1	83.0	252.1	335.1	379.2	77.8%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	51.3${}^{\ast }$	74.0	298.3	372.3	423.7	74.2%
JS-limit 12	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	49.4	142.8	128.1	270.9	320.3	88.6%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	45.1${}^{\ast }$	86.8${}^{\ast }$	240.3	327.1	372.2	78.8%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	51.5${}^{\ast }$	75.7	290.6	366.3	417.8	74.6%
JS-limit 14	WIPC	FGIC	BOC	FGIC+BOC	SUM	SL(%)
$\mathsf{A}\mathsf{N}\mathsf{N}$	57.7	159.3	117.7	277.0	334.7	89.5%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.1}$	44.4${}^{\ast }$	84.6	241.1	325.7${}^{\ast }$	370.1${}^{\ast }$	78.6%
${\mathsf{E}\mathsf{S}\mathsf{S}\mathsf{L}\mathsf{T}}_{0.2}$	51.9${}^{\ast }$	78.9${}^{\ast }$	282.4	361.3	413.2	75.4%