[pt] Este trabalho apresenta uma aplicação prática do roteamento de navios com coleta-e-entrega e janelas de tempo para o alívio de plataformas de petróleos para exportação. Especificamente para este caso, os navios aliviadores fazem o transporte do petróleo de plataformas offshore diretamente para um terminal de transbordo, onde a carga será transferida para outro navio para ser exportado. Foram propostas adaptações a um modelo de programação linear inteira mista já existente, buscando descrever as peculiaridades deste processo e facilitar a sua resolução pelo método exato. O modelo foi testado com dados realísticos de uma empresa petrolífera e pode fornecer soluções de alta qualidade para testes com períodos de até 30 dias em um tempo de processamento computacional inferior a 10 minutos, estando assim adequado ao uso na rotina do programador de navios desta empresa. / [en] This study presents a practical application of ship routing with pickup-anddelivery and time windows for offloading operations in offshore oil platforms. Specifically in this case, the shuttle tankers transport crude oil from the offshore platforms directly to an onshore terminal, where the cargo will be transferred to another vessel to be exported. Adaptations to an existing mixed-integer linear programming model are proposed to better represent this process and facilitate its resolution by the exact method. The model was tested with realistic data from an oil and gas company and it can provide high-quality solutions for tests with periods up to 30 days, in a processing time of less than 10 minutes, thus being suitable for use in the routine of the company s ship programmer.

[pt] A organização da operação do transporte marítimo pode ser descrita dentre três modelos: liner, industrial ou tramp. No setor de tramp, armadores buscam otimizar os lucros através de ganhos de capacidade e redução de custos, ao mesmo tempo em que atendem às demandas e às restrições colocadas pelos clientes, muitas vezes baseadas em contratos. O roteamento de navios se torna um tema relevante dado que disponibilidade e confiabilidade de datas são um grande diferencial, ainda mais no atual contexto de alta oferta de navios tramp no mercado e, consequentemente, fretes mais baixos. Assim, o objetivo desse trabalho é apresentar um modelo de programação inteira mista visando a maximização do lucro de viagens pertencentes a uma específica rota geográfica de uma empresa tramp. O problema trabalhado nessa dissertação é do tipo pick-up e delivery (coleta e entrega) com janelas de tempo, múltiplas cargas a bordo, frota heterogénea, cargas fracionadas entre navios, velocidades de navegação variáveis e termos de tempo de trânsito garantidos. Utilizando-se da otimização Branch-and-Bound, o modelo é comparado com programações mensal real feita de maneira empírica por profissionais experientes dessa empresa em que o modelo matemático gera soluções com reduções de até 7 por cento dos custos totais e desafiando paradigmas estabelecidos pelos programadores quando da realização do roteamento e programação dos navios. Tendo em vista tais resultados, o modelo se apresentou como oportunidade de implementação e melhoria do processo de programação dos navios e do nível de serviço junto aos clientes. / [en] The organization of the maritime transport operation can be defined among three models: liner, industrial or tramp. In the tramp sector, shipowners seek to optimize profits through capacity gains and cost savings, while meeting the demands and constraints placed by customers, often based on contracts. Vessel routing becomes as availability and reliability of dates is a great differential, especially in the current context of a high supply of tramp vessels in the market and, consequently, lower freight rates. Thus, the hereby objective is to present a mixed integer programming model aiming to maximize the profit of all voyages belonging to a specific geographical route of a tramp company. The problem solved with in this work can be defined as of pick-up and delivery with time windows, multiple cargoes on board, heterogeneous fleet, split loads, variable sailing speeds and guaranteed transit time terms. Using Branch-and-Bound optimization, the model is compared to actual monthly routing planning made empirically by experienced professionals of that company and the mathematical model generates solutions with reductions of up to 7 percent of total costs and challenging programmers established paradigms when routing and programming vessels. In view of these results, the model presented itself as an opportunity to be implemented and improve the vessel routing and planning process and level of service to customers.

[pt] A indústria de transporte marítimo é essencial para o comércio internacional. No entanto, no despertar da crise financeira de 2008, essa indústria foi severamente atingida. Nessas ocasiões, empresas de transporte só são capazes de obter lucro se suas frotas forem roteadas de forma eficaz. Neste trabalho, nós estudamos uma classe de problemas de roteamento de navios relacionados ao Pickup and Delivery Problem with Time Windows. Para resolver esses problemas, nós introduzimos um método heurístico e um exato. O método heurístico é uma meta-heurística híbrida com uma vizinhança larga baseada em set partitioning, enquanto o método exato é um algoritmo de branch-and-price. Nós conduzimos experimentos em um conjunto de instâncias baseadas em rotas de navios reais. Os resultados obtidos mostram que nossos algoritmos superam as metodologias estado da arte. Em seguida, nós adaptamos o conjunto de instâncias para modelar um problema de roteamento de navios no qual a velocidade em cada segmento de rota é uma variável de decisão, e o consumo de combustível por unidade de tempo é uma função convexa da velocidade e carga do navio. A fim de resolver esse novo problema de roteamento de navios com otimização de velocidade, nós estendemos nossa meta-heurística para encontrar decisões de velocidade ótimas em toda avaliação de solução vizinha de uma busca local. Nossos experimentos demonstram que essa abordagem pode ser altamente rentável, e que requer apenas um aumento moderado de recursos computacionais. / [en] The shipping industry is essential for international trade. However, in the wake of the 2008 financial crisis, this industry was severely hit. In these times, transportation companies can only obtain profit if their fleet is routed effectively. In this work, we study a class of ship routing problems related to the Pickup and Delivery Problem with Time Windows. To solve these problems, we introduce a heuristic and an exact method. The heuristic method is a hybrid metaheuristic with a set-partitioning-based large neighborhood, while the exact method is a branch-and-price algorithm. We conduct experiments on a benchmark suite based on real-life shipping segments. The results obtained show that our algorithms largely outperform the state-of-the-art methodologies. Next, we adapt the benchmark suite to model a ship routing problem where the speed on each sailing leg is a decision variable, and fuel consumption per time unit is a convex function of the ship speed and payload. To solve this new ship routing problem with speed optimization, we extend our metaheuristic to find optimal speed decisions on every local search move evaluation. Our computational experiments demonstrate that such approach can be highly profitable, with only a moderate increase in computational effort.