[pt] A alta complexidade do processo logístico de transporte ferroviário de carga, propicia um ambiente favorável para o desenvolvimento de ferramentas de apoio à decisão que possibilitam uma melhor utilização dos recursos envolvidos. Neste trabalho é apresentado um modelo de programação inteira original para o Problema da Alocação ótima de Vagões e Locomotivas no curto prazo (PAVL). Esse problema consiste em determinar a movimentação de vagões (carregados e vazios) e locomotivas na malha de maneira a maximizar o retorno obtido pela demanda atendida no período considerado. Além disso, é apresentada uma extensão para esse modelo onde se permite atrasar ou adiantar trens no primeiro dia do horizonte de planejamento. Esse problema foi resolvido de maneira ótima ou quase ótima em tempo razoável, tanto em termos acadêmicos como para sua utilização prática. São apresentados o problema, a formulação do modelo, as técnicas de pré-processamento utilizadas, assim como resultados computacionais de instâncias reais. / [en] The complexity of the logistic process in railway freight transportation provides a natural environment for the development of decision support tools that allow the companies to make a more efficient use of their resources. In this work we present an original integer programming model for the Cars and Locomotives short-term Allocation Problem. This problem consists in determining the movement of the cars (loaded and empty) and locomotives on the railway network in order to maximize the profit obtained with the requested demand in the given period. We also present an extension of the model in which certain delays and anticipations of trains on the first day of the period are allowed. For all instances tested, this problem was solved to optimality or near-optimality in a reasonable time, either for academic or practical purposes. We present a description of the problem, the mathematical formulation, the preprocessing techniques used, as well as the computational results obtained.

[pt] A importância do planejamento em logística ferroviária cresce a cada dia devido ao alto custo dos investimentos para o aumento da sua capacidade. Entretanto, planejar é uma atividade que exige uma representação suficientemente precisa da realidade estudada. Neste contexto, os modelos de programação matemática apresentam-se cada vez mais adequados. Isto decorre dos recentes avanços nos algoritmos e computadores disponíveis para sua resolução. Esta dissertação apresenta modelos e algoritmos para o planejamento ferroviário tático e estratégico, isto é feito estudando o Problema de Planejamento de Atendimento (PPA). Primeiramente este problema é considerado assumindo que toda a estrutura ferroviária está definida: a malha, a tração e os vagões disponíveis, os pátios para carga, descarga e transbordo, suas respectivas taxas de carga e descarga e as demandas previstas. Em seguida, a questão adicional de determinar os pátios onde paradas podem ser efetuadas é considerada. Finalmente, em uma terceira etapa, introduz-se a capacidade de se analisar os efeitos do congestionamento de trechos da malha e seu impacto nos tempos de circulação e na capacidade da estrutura logística. Modelos são apresentados para cada um dos níveis de complexidade do PPA. Algoritmos exatos e heurísticos e técnicas de pré- processamento, foram desenvolvidos para os tratamentos dos casos obtidos. Em todos os casos, foi possível resolver de maneira ótima ou quase ótima em tempo razoável, tanto em termos acadêmicos, como para a utilização prática. Resultados computacionais sobre um amplo conjunto de instâncias reais são apresentados. / [en] Planning in Railway Logistic is an activity with growing importance. This is due to the high costs of investment to increase the railway capacity. Nevertheless, planning in this context is a cumbersome task, since a precise representation is necessary to consider most relevant points in this activity. Mathematical programming is becoming one of the best ways derive precise representations and to solve them. This is due to the recent advances on algorithms and computers used in the resolution of mathematical programming problems. This dissertation presents models and algorithms for tactical and strategical railway planning what is done by studying a demand planning problem (PPA). First, this problem is considered assuming that all the railway structure is defined: the network, the locomotives and wagons available, the yards for loading and unloading with their respective rates, and the forecast of demands. Next, the question of deciding the yards to stop is considered. Finally, in a third step, the effect of congestion in parts of the network is introduced to the models. This allows analyzing the variation in the travel times and its consequence in the logistic structure capacity. Models are presented for all cases of the PPA. Exact and heuristic algorithms, as well as pre-processing techniques, are described for the problem resolution. In all cases, the resulting approach allowed to solve the problems optimally or quasioptimally in a reasonable computing time. Computational results are presented on a wide set of real world instances.

[pt] Os sistemas ferroviários são grandes candidatos à aplicação de técnicas de otimização para o melhor aproveitamento dos seus recursos. Neste trabalho são apresentados dois modelos de programação inteira para problemas nesta área,o Problema de Planejamento de Atendimento -PPA- e o Problema de Fluxo de Vagões -PFV-. Ambos foram resolvidos de maneira ótima ou quase ótima em tempo razoável, tanto em termos acadêmicos como para sua utilização prática.São apresentados os problemas, as formulações dos modelos, as técnicas de préprocessamento utilizadas, assim como resultados computacionais de instâncias reais. / [en] Railroad systems are major candidates for the use of optimization techniques to obtain a more efficient use of resources. In this research we present two integer programming models for freight railroad problems, the Demand Fulfillment Problem and the Car Flow Problem. Both problems were solved to optimality or near-optimality in a reasonable time, either for academic or practical purposes. We present the descriptions of the problems, the mathematical formulations,the preprocessing techniques used, as well as computational results for real instances.

[pt] A gestão de ativos é uma abordagem crucial para o desempenho das organizações uma vez que buscam alinhar aspectos técnicos de engenharia com conceitos financeiros para otimizar o ciclo de vida de uma máquina. O Problema de Substituição de Equipamentos é uma das questões tratadas dentro dos estudos de gestão de ativos que visa decidir a melhor opção entre manter ou substituir o equipamento em um determinado intervalo de tempo. Uma das metodologias que vêm sendo utilizadas na literatura para solucionar este problema é a Programação Dinâmica, que se baseia em encontrar soluções parciais em uma série de estágios do problema até alcançar a ótima global. Este trabalho teve como objetivo determinar uma curva de substituição para um conjunto de locomotivas de uma empresa do setor ferroviário, considerando um limite de idade para poderem circular e seus históricos de receitas e custos ao longo dos anos. Os resultados alcançados permitiram que a empresa conhecesse a melhor forma de otimizar seu capital, levando em consideração os impactos financeiros caso opte por antecipar ou postergar o momento ótimo para substituição dos ativos. / [en] Asset management is a crucial approach for the performance of organizations as they seek to align technical aspects of engineering with financial concepts to optimize the life cycle of a machine. The Equipment Replacement Problem is one of the issues addressed within asset management studies that aims to decide the best option between maintaining or replacing equipment in a given time interval. One of the methodologies that have been used in the literature to solve this problem is Dynamic Programming, which is based on finding partial solutions in a series of stages of the problem until reaching the global optimum. This work aimed to determine a substitution curve for a set of locomotives of a company in the railway sector, considering an age limit for them to circulate and their revenue and cost history over the years. The results achieved allowed the company to know the best way to optimize its capital, taking into account the financial impacts if it chooses to anticipate or postpone the optimal moment for the replacement of assets.

[pt] O uso de ferramentas de otimização destaca-se como um relevante diferencial para as empresas no que tange a otimização de processos e melhoria de sistemas e performances. Neste contexto, a busca por modelos de programação simples e eficazes para a resolução dos problemas contribuem para adaptação de modelos existentes a fim de atender a esta crescente demanda. Atualmente, o setor de transporte ferroviário busca otimização de seus processos com o objetivo de aumentar sua competitividade e eficiência frente ao transporte realizado por rodovia. Este estudo, focado na melhoria de processos do setor ferroviário, tem como objetivo realizar o planejamento da distribuição de materiais de manutenção em uma malha ferroviária com o menor custo operacional viável. Para isto, o problema é modelado como um problema de programação inteira mista e busca tornar o processo mais eficiente, com redução de desperdícios e otimização dos recursos. Os resultados obtidos foram comparados ao processo atual de distribuição a fim de medir os ganhos em processo e em redução de custos e recursos. O modelo se mostrou eficiente em tempo e qualidade de solução quando comparado com o atual, apresentando uma redução de 20 por cento a 26 por cento nos custos totais de distribuição, variando de acordo com o almoxarifado analisado. Além disso, o estudo também mostrou uma redução no custo de distribuição para todas as localidades testadas, sendo que, quanto menor a distância destes locais ao almoxarifado, maior a redução dos custos logísticos relacionados. / [en] The use of optimization tools highlights a relevant differential to companies in terms of improving processes, systems and performance. In this context, the search for simple and effective programming models for problem solving contributes to the adaptation of existing models to attend this increasing demand. Currently, the railway transport seeks to optimize its processes in order to increase its competitiveness and efficiency when compared to road transport. This study, focused on improving processes in the railway, aims to realize the distribution planning of maintenance materials in a railway network with the lowest feasible operating cost. For this, the problem is modeled as a mixedinteger programming problem and it aims to make the process more efficient, with waste reduction and resource optimization. The obtained results were compared to the current distribution process in order to measure gains in process and in reducing costs and resources. The model proved to be efficient in both time and solution quality when compared to the current one, presenting a reduction of 20 percent to 26 percent in the distribution costs, depending on the analyzed warehouses. In addition, the study has also indicated a reduction in the distribution costs in all tested locations and the distance among those locations and their warehouses leads to a greater reduction in the logistic costs.