In this study, the design of a three-level distribution system is considered in which a single supplier ships a number of items to the retailers via a set of distribution centers (DC) and stochastic demand is observed at the retailers. The problem is to specify the number and location of the DCs, and the assignment of the retailers to the DCs in such a way that total facility, transportation, safety stock, and joint ordering and average inventory costs are minimized, and customer service requirements are satisfied. Single source constraints are imposed on the assignment of the retailers to the DCs. The integrated location/inventory model incorporates the inventory management decisions into the strategic location/allocation decisions by considering the benefits of risk pooling and the savings that result in the joint replenishment of a group of items. We develop two heuristic methods to solve the non-linear integer-programming model in an integrated way: (1) Improvement type heuristic, (2) Constructive type heuristic. The heuristic algorithms are tested on a number of problem instances with 81 demand points (retailers) and 4 different types of items. Both of the heuristics are able to generate solutions in very reasonable times. The results are compared to the results of the p-median problem and found that the total cost and the number of DCs can be lowered using our integrated model instead of the p-median problem. Finally, sensitivity analysis is performed with respect to the changes in inventory, transportation, and ordering cost parameters, and variability of the demand.

Cette thèse porte sur le développement de modèles mathématiques et d’algorithmes d’optimisation pour la conception de chaînes logistiques durables. Nous proposons des modèles mono-périodiques, multi-produits et multi-modes de transport à quatre niveaux (fournisseurs, unités de production, entrepôts et clients) couvrant les piliers économique et environnemental du développement durable. Les variables de décision concernent la localisation des sites logistiques intermédiaires (unités de production et entrepôts), les choix de technologie et de mode de transport, et la détermination des flux de produits. Un premier modèle est basé uniquement sur la minimisation des coûts totaux. Ce modèle est étendu au cas bi-objectif en considérant la minimisation des émissions de CO2. Nous proposons une procédure d’optimisation basée sur la recherche à voisinage large (LNS : Large Neighborhood Search). L’application de cette méthode à un problème à variables mixtes tel que la conception de chaîne logistique est inédite. Notre extension au cas bi-objectif fait intervenir l’algorithme récent de recherche locale multi-directionnelle. Les expérimentations numériques permettent d’évaluer la pertinence de nos modèles et de comparer les performances de nos algorithmes à celles d’un solveur du marché. / This thesis focuses on the development of mathematical models and optimization algorithms for the design of sustainable supply chains. We propose single-period, multi-commodity, multi-mode, four level models (suppliers, production facilities, warehouses and customers) covering economic and environmental pillars of sustainable development. The decision variables are related to the location of the intermediate logistics sites (production units and warehouses), the choice of technology and mode of transport, and the determination of product flow. A first model is based solely on minimizing total costs. This model is extended to bi-objective minimization by considering CO2 emissions. We propose an optimization procedure based on the Large Neighborhood Search (LNS) metaheuristic, which had almost never been applied to problems with mixed variables such as design supply chain. Our extension to the bi-objective case involves the use of the multi-directional local search (MDLS). Extensive numerical experiments assess the relevance of our model and compare the performance of our algorithms to those of a state-of-the-art solver.

Com o aumento do número de desastres e consequente incremento no número de pessoas vitimadas, a preparação para esses eventos é uma necessidade das sociedades modernas. Neste sentido, o planejamento das operações logísticas para atendimento as situações de emergências é uma atividade recente e pouco explorada na produção acadêmica. O objetivo deste trabalho é estabelecer uma metodologia para definir locais para o pré-posicionamento de materiais utilizados no socorro a populações afetadas por desastres através de um modelo de otimização estocástica de dois estágios e análise de decisão multicritério e que considerem parâmetros quantitativos e qualitativos. Com base nos custos de transporte e do não atendimento a demanda, e utilizando informações como mapeamentos de riscos; custos de transporte; histórico de ocorrências de desastres; cobertura geográfica; compras de materiais; capacidades de depósitos e de transporte, um modelo estocástico de programação linear minimiza os custos operacionais para abastecimento às vítimas. Uma análise detalhada sobre como atribuir penalidades para demanda não atendida também é apresentada. Devido à incerteza quanto a severidade de um desastre e a influência da mídia nas fases pós-desastres estes parâmetros são representados na forma de cenários. O resultado do modelo estocástico mostra a quantidade de locais e quais localidades minimizam o custo operacional. Após a obtenção desse resultado, uma nova etapa é utilizada para decisão de escolha do local, com a aplicação de modelo de decisão multicritério que considere, além dos valores obtidos pela modelagem, critérios subjetivos característicos a operações humanitárias. Os resultados finais mostram que modelos estocásticos promovem resultados mais confiáveis que os determinísticos, especialmente, em situações nas quais materiais disponíveis não podem atender toda a demanda e que a consideração de critérios qualitativos e quantitativos proporciona uma decisão mais robusta em operações humanitárias. / The increase in disasters and the consequent increase in the number of victims make it highly necessary to prepare for these events in modern societies. Logistics operations planning to meet emergencies is a recent activity and little explored in academic production. Our aim is to establish a method to locate pre-positioned materials used in disaster relief through a two-stage stochastic optimization model and a multi-criteria decision analysis that consider quantitative and qualitative parameters. Based on transportation and unattended demand costs, and using information such as risk mapping, transportation costs, historical occurrences of disasters, coverage, materials purchase, warehouses and transport capacities, a stochastic linear programming model minimizes the operating costs to supply the victims. A detailed analysis on how to assign penalties for unmet demand is also presented. Due to the uncertainty of the disasters severity and the influence of the media in phases after disasters, these parameters are represented as scenarios. The result of the stochastic model shows the quantity and the locations that minimize the operational cost. After this result, a new phase is applied for site selection, with the application of multi-criteria decision analysis that consider the values provided by the model and subjective criteria characteristic of humanitarian operations. The final results show that stochastic models promote more reliable results than deterministic ones, especially in situations in which the materials available cannot meet all the demand and that the consideration of qualitative and quantitative criteria provides better decisions in humanitarian operations.

O trabalho apresenta o desenvolvimento e a aplicação de um modelo de localização de centros intermediários de consolidação e redistribuição de cargas em um ambiente urbano brasileiro. O método integra o TransCAD e o OpenSolver e é aplicado à cidade de Curitiba, uma das dez mais populosas do Brasil. O método proposto é caracterizado como um modelo de localização-roteirização baseado em agrupamento e subsequente roteirização, identificado na literatura por cluster-first routesecond; a adoção deste ordenamento permite tratar o problema para o atendimento de muitos estabelecimentos, como os até 65 mil em alguns dos cenários no estudo de caso de Curitiba. Cada agrupamento representa os pontos a serem visitados em uma única viagem e o processo inicial tenta minimizar as distâncias entre os estabelecimentos de cada grupo; na fase seguinte o melhor roteiro é computado para cada grupo; a terceira etapa consiste em calcular, para cada grupo e candidato, a distância total percorrida na viagem; por fim, a implantação ou não dos candidatos a centros de distribuição é obtida com a minimização em um modelo de programação linear inteira dos custos de aquisição e de operação dos centros de distribuição e dos custos de transportes. A dissertação também aborda a crescente percepção da importância da logística urbana à qualidade de vida nas cidades onde o adensamento populacional acirra a disputa pelo espaço viário e o conceito de City Logistics, que delineia entre outras medidas o ambiente cooperativo no qual implantação de centros de distribuição urbanos deve ocorrer. / This work presents the development and application of a model for the location of intermediary consolidation and redistribution freight centers in Brazilian cities. The method integrates TransCad and OpenSolver, and its use was evaluated with data from the City of Curitiba one of the ten largest in Brazil. The proposed method is characterized as a location-routing model based on clustering and subsequent tour building known as cluster-first route-second. This enables dealing with problem instances containing as many as 65 thousand customers. Each cluster comprehends the points visited on a single trip and the initial process minimizes the distances between customers; the routes are calculated in the next phase and the third step consists in computing the total distance covered in each trip for every cluster and every candidate; finally, the implementation of each distribution center candidate is decided by minimizing the costs of acquisition, operation and distribution, using an integer linear programming model. The dissertation also highlights the growing realization of the importance of urban freight transport to quality of life, especially in cities where increasing population density intensifies the competition for road space, and City Logistics concepts, that outline among other measures the cooperative environment where implementation of urban distribution centers should occur.

Orientador: Orlando Fontes Lima Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo / Made available in DSpace on 2018-08-07T10:44:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Verroni_RodrigoEduardoDias_M.pdf: 1562833 bytes, checksum: 7a98b8ffa353b6165a3b4e06de1a640d (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho é apresentada uma aplicação de solução para o problema de implantação de instalações hierárquicas. Este modelo foi aplicado a um caso hipotético de localização de uma rede de mercados na cidade de Campinas, no qual são elaborados cenários distintos com relação aos raios de influência das instalações. A localização dos centros de atendimento será obtida como solução de um problema de máxima cobertura, no qual o objetivo é maximizar a população atendida pelos serviços oferecidos. Na revisão bibliográfica foram identificados os principais métodos matemáticos disponíveis na literatura e selecionado o de localização de instalações hierárquicas de dois níveis apresentado por ESPEJO (2001). A partir dos resultados obtidos é efetuada ainda uma discussão sobre a variação da demanda atendida em relação aos raios de cobertura das instalações. Concluiu-se que o modelo selecionado apresenta resultados consistentes para o problema proposto e que a variação dos raios de influência alteram a localização das instalações / Abstract: This paper proposes a solution for the hierarchical facilities implementation problem. The hypothetical case application of the model is the location of a market network in the city of Campinas, in which different sceneries are elaborated in relation to the facilities rays of influence. The service center location is obtained as a solution for the maximum covering problem, in which the objective is to maximize the population assisted by the supplied services. The bibliographic revision identifies the main mathematical methods available in the literature. The two levels hierarchical facilities location model developed by ESPEJO (2001) was selected as the main method to be implemented in this paper. It is concluded that the selected model presents consistent results for the proposed problem, and that the variation of the values of the rays of influence modifies the localization of the facilities / Mestrado / Transportes / Mestre em Engenharia Civil

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[pt] Este trabalho apresenta uma metodologia a fim de reduzir o deslocamento de candidatos em dias de prova em um exame de admissão de uma universidade no Brasil. O exame possui diferentes tipos de prova de acordo com a série do candidato e cada local de prova pode ofertar apenas um tipo de exame. A partir da teoria de localização de instalações, desenvolveu-se um modelo matemático de programação inteira para alocar candidatos de forma ótima considerando a distância entre eles e os vários locais de prova existentes. Foram realizados diversos testes com os dados de exames já aplicados, o que mostrou uma redução no deslocamento total superior a 30 porcento. Em seguida, a metodologia foi aplicada diretamente no mais recente exame de admissão da instituição, que conta com mais de 34 mil candidatos distribuídos por 70 locais de prova em 5 cidades, com a proporção de candidatos aptos a se locomoverem a pé sendo 4 vezes maior quando comparada com alocações utilizadas em anos anteriores. / [en] This work presents a methodology in order to reduce the displacement of candidates on test days in an admission exam of a university in Brazil. The exam has different types of tests according to the candidate s grade and each test site can offer only one type of exam. Based on the theory of facility location, a mathematical model of integer programming was developed to optimally allocate candidates considering the distance between them and the various existing exam locations. Several tests were carried out with the exam data already applied, which showed a reduction in total travel distance of more than 30 percent. Then, the methodology was applied directly in the most recent admission exam of the institution, which has more than 34 thousand candidates distributed over 70 exam places in 5 cities, with the proportion of candidates able to walk on foot being 4 times higher when compared to allocations used in previous years.

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