Made available in DSpace on 2016-06-02T19:50:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5182.pdf: 6075915 bytes, checksum: 91596b4ab6b9108e05799c5f3c87831d (MD5) Previous issue date: 2013-05-17 / Financiadora de Estudos e Projetos / The object of this study are combined problems of the Vehicle Routing Problem and the Container Loading Problem, recently addressed as Integrated Vehicle Routing and Loading Problems. In these problems, the objective is to optimize simultaneously the planning of the vehicles routes and the arrangement of the cargo inside them, while considering a series of practical constraints from both vehicle routing and container loading. The objectives of this study are: (i) to study the integration between the Vehicle Routing Problem and the Container Loading Problem; (ii) to develop mathematical programming models to represent Integrated Vehicle Routing and Loading Problems; (iii) to develop and implement heuristics and metaheuristics to solve some of these problems; (iv) to analyze and compare the performance of the proposed models, by means of modeling languages and optimization solvers, as well as the heuristic methods, when solving instances from the literature and real-world situations. Besides being hard and relatively less studied problems, the main reason for this study is that with effective solution methods for optimizing the vehicle routing and the cargo loading, operational and tactical decisions could be made with more reliability, accuracy, quickness and with less uncertainty in real situations, besides of an improved use of the staff tasked to load and unload the cargo. On the other hand, these methods can also be usefull to reduce fixed and variable costs in a company that might use them. Computational experiments with some of the proposed models were performed with an optimization software and randomly generated instances. The results show that the models are consistent and properly represent the practical situations treated, although this approach (in its current version) is limited to solve to optimality only problems of moderate size, that is, situations with few customers, few vehicles, and mainly with a relatively reduced number of possible positions to load the boxes. This has motivated the development of heuristic and metaheuristic methods to solve more realistic vehicle routing and loading problems. The algorithms are based on the combination of classical heuristics from both the vehicle routing and container loading literatures, as well as two metaheuristic strategies, and their use in more elaborate procedures. Although these approaches cannot assure optimal solutions for the respective problems, they are relatively simple, fast enough to solve real instances, flexible enough to include practical considerations, and normally assure relatively good solutions in acceptable computational times in practice. Computational experiments were performed with these methods considering instances based on the vehicle routing literature and actual customers orders, as well as instances based on a real-world situation where the problem occurs. / O objeto de estudo deste trabalho são problemas combinados do Problema de Roteamento de Veículos com o Problema de Carregamento de Contêineres, tratados mais recentemente na literatura como Problemas Integrados de Roteamento e Carregamento de Veículos. Nestes problemas, genericamente, busca-se otimizar simultaneamente o planejamento dos roteiros dos veículos e o arranjo da carga dentro dos mesmos, respeitando-se uma série de considerações práticas que advêm tanto do Problema de Roteamento de Veículos como do Problema de Carregamento de Contêineres. Os objetivos deste trabalho são: (i) estudar a integração do Problema de Roteamento de Veículos com o Problema de Carregamento de Contêineres; (ii) desenvolver modelos de programação matemática para representar Problemas Integrados de Roteamento e Carregamento de Veículos; (iii) desenvolver e implementar métodos heurísticos e meta-heurísticos para resolver alguns destes problemas; (iv) analisar e comparar o desempenho da solução dos modelos, via linguagens de modelagem e aplicativos de otimização, e dos métodos heurísticos desenvolvidos ao resolver exemplos baseados na literatura e em situações reais em que este problema ocorre. Além de serem problemas difíceis e relativamente pouco estudados, a principal justificativa para o estudo destes problemas é que, com métodos de solução eficazes para a otimização do roteamento dos veículos e do carregamento das cargas, decisões operacionais e táticas podem ser tomadas com maior segurança, acurácia, rapidez e menor incerteza em situações reais, além de possibilitar um melhor desempenho do pessoal encarregado da montagem e descarregamento da carga. Por outro lado, estes métodos também podem ser úteis na redução de custos fixos e variáveis de uma empresa que venha a utilizá-los. Experimentos computacionais com alguns dos modelos propostos foram realizados utilizando um aplicativo de otimização e aplicados a exemplos gerados aleatoriamente. Estes resultados mostram que os modelos são coerentes e representam adequadamente as situações tratadas, embora esta abordagem (na sua versão atual) esteja limitada a resolver otimamente apenas problemas de tamanho bem moderado, isto é, em que haja poucos clientes, poucos veículos, e que o número de possíveis posições para se arranjar as caixas dentro de cada veículo seja relativamente pequeno. Isso motivou o desenvolvimento de métodos heurísticos e meta-heurísticos para resolver problemas mais realistas de roteamento e carregamento de veículos. Os algoritmos são baseados na combinação de heurísticas clássicas das literaturas de Roteamento de Veículos e de Carregamento de Contêineres, bem como em duas estratégias meta-heurísticas, e no uso delas em procedimentos mais elaborados. Embora não haja garantias de que as soluções obtidas para os respectivos problemas sejam ótimas, tratam-se de heurísticas relativamente simples, suficientemente rápidas para resolver problemas reais, razoavelmente flexíveis para incorporar aspectos práticos, e que normalmente garantem soluções relativamente boas em tempos computacionais aceitáveis na prática. Experimentos computacionais foram realizados com estes métodos considerando exemplos baseados na literatura de Roteamento de Veículos e em pedidos reais de cargas, bem como exemplos baseados em um caso real em que o problema ocorre.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:50:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6346.pdf: 5901404 bytes, checksum: 2d78b0f5f68ac25a089acd315f55b157 (MD5) Previous issue date: 2014-06-09 / The production of sugar, ethanol and electricity from sugar cane necessarily involves harvesting and transportation of raw materials, which are expensive and complex operations and have significant influence on the quality of the industrial raw material. The literature reports several optimization approaches related to the planning of planting, harvesting and transporting of sugarcane, however the scheduling of harvesting fronts is underexplored. This thesis intends to contribute to the state-of-art of this important issue in the context of the Brazilian agribusiness. Optimization approaches to support scheduling decisions of harvesting fronts considering the balance of harvesting and transportation capacities, as well as good agronomic management are proposed. The approaches are inspired by the representation of the problem as a lot sizing and scheduling model with parallel machines and sequence-dependent setup costs and times, a modelling technique well studied in the production planning and control literature. Three variants of this formulation, based on mathematical programming models, were developed and tested in two real case studies of medium size sugar mills. Heuristic methods based on aggregation procedures and mathematical programming have also been studied and developed to solve large scaled problems found in practice. Among the three variants studied, one presented the best solution quality within the expected execution time. Important scenario analysis were done indicating that the schedule s fulfilment provides reduction of harvesting and transporting complexity to the following season, which can generate significant saves in the cases studied. Besides that, comparing the proposed scheduling method with one of the sector s practice, it can be generated also significant cost reduction in the cases studied. The results were analyzed according to a validation methodology (descriptive facet of tetraedrum) well known in the literature. / A produção de açúcar, álcool e energia elétrica a partir de cana-de-açúcar passa necessariamente pela colheita e transporte da matéria-prima, que são operações custosas, complexas e que interferem significativamente na qualidade da matéria-prima industrial. A literatura reporta várias abordagens de otimização relacionadas ao planejamento do plantio, da colheita e do transporte de cana-de-açúcar, todavia a programação das frentes de colheita é pouco explorada. Nesta tese pretende-se contribuir para o estado da arte deste importante tema no contexto do agronegócio brasileiro. Propõe-se abordagens de otimização para apoiar decisões de programação das frentes de colheita, considerando-se o equilíbrio das capacidades de colheita e transporte, bem como um bom manejo agronômico. As abordagens são inspiradas na representação do problema por meio de um modelo de dimensionamento de lotes e sequenciamento da produção em máquinas paralelas com custos e tempos de setup dependentes da sequência, bem estudado na literatura em contextos de planejamento e controle da produção. Para isso foram desenvolvidas três variantes desta formulação baseadas em programação matemática, voltadas para a programação das frentes de colheita, que foram testadas em dois estudos de caso reais de usinas de cana-de-açúcar de médio porte do setor. Métodos heurísticos baseados em procedimentos de agregação e programação matemática também foram estudados e desenvolvidos para a resolução dos problemas de grande porte encontrados na prática. Das três variantes estudadas, uma delas apresentou melhor qualidade da solução dentro de tempos computacionais aceitáveis para o problema. Análises de cenário importantes foram feitas indicando que o cumprimento da programação proporciona redução de complexidade da colheita e transporte na safra seguinte, podendo gerar economias significativas nos casos estudados. Além disso, a comparação dos resultados das abordagens aqui exploradas com o que é praticado no setor indica um potencial de redução de custos também significativo para os casos estudados. Os resultados foram analisados de acordo com uma metodologia de validação (faceta descritiva do tetraedro) conhecida na literatura.

O tema de roteamento de veículos é de grande importância na literatura e tem sido amplamente estudada pela sua importância para muitas indústrias. Com a evolução na literatura, mais características foram adicionadas para torná-lo mais próximo de situações reais. Alinhado com esta tendência, este trabalho aborda o problema de roteamento de veículos quando há a terceirização da frota que realiza as entregas. Uma forma de cobrança do frete é por meio de custos escalonados, que são calculados de acordo com o tipo de veículo e a distância percorrida, com valores fixos para cada faixa de distância. Embora seja uma forma comum de trabalho na indústria, nenhum trabalho focado nesta característica foi encontrado na literatura. Este problema é o problema de roteamento de veículos com frota mista, janelas de tempo e custos escalonados (FSMVRPTWSC). Ao abordar este problema, este trabalho apresenta um modelo de programação linear inteira mista que é avaliado em um cenário real da indústria. Além disso, três heurísticas de inserção sequencial são propostas para lidar com problemas maiores. Estes métodos são examinados por meio de testes computacionais em 168 problemas de referência gerados para este problema. Os experimentos numéricos mostram que os métodos são robustos e eficientes, apresentando um bom desempenho em conjuntos de problemas com diversas características. / The theme of vehicle routing is of great importance in the literature and has been widely studied for its relevance to many industries and, throughout the literature, more characteristics have been added to make it closer to real situations. Aligned with this trend, this paper addresses the vehicle routing problem when there is outsourcing of the fleet that delivers goods. One form of freight charging is by scaled costs, which are calculated according to the type of vehicle and the distance traveled, with fixed values for each distance range. Though it is a common form of work in the industry, no work focused on this characteristic was found in the literature. This problem is the fleet size and mix vehicle routing problem with time windows and scaled costs (FSMVRPTWSC). In approaching this problem, this paper presents a mixed integer linear programming model that is evaluated under a real situation scenario. Furthermore, three sequential insertion heuristics are proposed in order to deal with larger problems. These methods are examined through a computational comparative study in 168 benchmark problems generated for this problem. The numerical experiments show that the methods are robust and efficient, performing well in different problem sets.

Submitted by Franciele Moreira (francielemoreyra@gmail.com) on 2017-10-20T16:09:47Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lorrany Cristina da Silva - 2017.pdf: 8394886 bytes, checksum: 9cc1461b937a65a8c50964b3dea86623 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-10-23T10:05:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lorrany Cristina da Silva - 2017.pdf: 8394886 bytes, checksum: 9cc1461b937a65a8c50964b3dea86623 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-23T10:05:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Lorrany Cristina da Silva - 2017.pdf: 8394886 bytes, checksum: 9cc1461b937a65a8c50964b3dea86623 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-06-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Three different integer linear programming models for the Vehicle Routing Problem with Two-dimensional Loading Constraints are developed in this work. The version of the problem studied considers that the unloading of the rectangular items can respect or not the sequence of the clients visited on the route, that is, we solve the sequential and unrestricted versions of the problem. The first model deals with the problem completely, that is, with all constraints inserted at once. The second and third models are based, respectively, on a three- and two-index formulation. Separation routines are considered to detect violated inequalities related with packing on the second and third models, while the third model also considers cuts on connectivity and capacity. Computational experiments were carried out over instances of the literature with the quantity of customers ranging from 15 to 36 and items from 15 to 114, besides to consider the cases in which the cost of traversing an edge is integer and real. The models with cuts on demand were better in relation to the first model, besides being competitive when comparing with the results fromthe literature. The first model solved 4 of the 80 instances, the three-index model solved 7 and, the two-index model solved 53. On the sequential version, the adopted model solved 33 instances for the case with integer costs (and 37 for the case with real costs). In comparing with a recent heuristic from the literature, the best model was capable of tying in 48 instances in the unrestricted version and 24 in the sequential version. / Neste trabalho desenvolvem-se três modelos de programação linear inteira para o Problema de Roteamento de Veículos com Restrições de Empacotamento Bidimensional. A versão do problema estudado considera que o descarregamento dos itens retangulares pode respeitar (ou não) a sequência de clientes visitados na rota, ou seja, resolve-se as versões sequencial e irrestrita do problema. O primeiro modelo trata do problema de forma completa, isto é, com todas as restrições inseridas de uma só vez. O segundo e o terceiro modelo são baseados, respectivamente, em uma formulação de três e dois índices. Rotinas de separação são consideradas para detectar desigualdades violadas de empacotamento no segundo e no terceiro modelo, enquanto o último modelo considera também cortes de conectividade e capacidade. Experimentos computacionais foram realizados em instâncias da literatura com número de clientes variando de 15 a 36 e itens de 15 até 114, além de considerar os casos em que o custo da aresta é inteiro ou real. Os modelos com cortes sob demanda foram melhores em relação ao primeiro modelo, além de serem competitivos quando comparado com a literatura. O modelo completo encontrou a solução ótima em 4 das 80 instâncias, o modelo de três índices 7 e o modelo de dois índices 53. Na versão sequencial, o modelo adotado resolveu 33 instâncias para o custo inteiro (e 37 para o custo real). Na comparação com uma heurística recente da literatura, o melhor modelo conseguiu empatar em 48 instâncias na versão irrestrita e em 24 na versão sequencial.

Submitted by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-03-08T14:57:43Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Kamyla Maria Ferreira - 2018.pdf: 2406020 bytes, checksum: 87a4f31f5a394055dd9a84a1c7c73512 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-03-12T11:16:50Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Kamyla Maria Ferreira - 2018.pdf: 2406020 bytes, checksum: 87a4f31f5a394055dd9a84a1c7c73512 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-12T11:16:50Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Kamyla Maria Ferreira - 2018.pdf: 2406020 bytes, checksum: 87a4f31f5a394055dd9a84a1c7c73512 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This research deals with the resolution of problems that involve the location, routing, and packing decisions with focus on the location routing problem, capacitated vehicle routing problem with two-dimensional loading constraints, and location routing problem with two-dimensional loading constraints. For that, it is proposed a framework that reuses part of the algorithms, which are of a common domain, such that the development of the project is systematized. The objective of the framework is allowing the resolution of different variants of problems that integrate location, routing, and packing decisions without the need to replicate algorithms. As a proposal for an algorithm, it is developed a hybrid heuristic, which involves the cooperation between the simulated annealing and the artificial algae algorithm. The simulated annealing has four neighborhood operators, local search, and three procedures to diversify the solution. The artificial algae algorithm is combined with the skyline method in order to verify the feasibility of the two-dimensional packing constraints. Once the framework and heuristics have been codified, computational experiments are performed to test its performance, as well as comparisons are made with the most recent results published in the literature. The results show that the heuristic is competitive with other methods from the literature since it could obtain 36.25% solutions equal to the best ones reported in the literature of the location routing problem, besides the average GAP being 0.57%. For the vehicle routing problem with two-dimensional loading constraints, the heuristic could obtain 43.05% solutions equal to the best known in the literature, besides the average GAP being 3.33%. The results obtained for the location routing problem with twodimensional loading constraints were satisfactory. / Este trabalho trata da resolução de problemas que envolvem decisões de localização, roteamento e empacotamento com foco nos problemas de localização e roteamento, roteamento de veículos capacitado com restrições de empacotamento bidimensional, e localização e roteamento com restrições de empacotamento bidimensional. Para tanto, propõe-se um framework capaz de reutilizar parte dos algoritmos, que são de domínio comum, para que o desenvolvimento do projeto seja sistematizado. O objetivo é que o framework possibilite a resolução de diferentes variantes do problema que integram as decisões de localização, roteamento e empacotamento sem ter que replicar algoritmos. Como proposta de algoritmo, desenvolve-se uma heurística híbrida, a qual envolve a cooperação entre dois métodos, o recozimento simulado e o algoritmo artificial de algas. O recozimento simulado possui quatro operadores de vizinhança, procedimentos de busca local e três procedimentos para diversificar a solução. O algoritmo artificial de algas é combinado com a técnica Skyline para verificar as restrições de empacotamento bidimensional. A partir da codificação do framework e da heurística, experimentos computacionais foram realizados para testar o seu desempenho e comparar os resultados com os mais recentes da literatura. Os resultados indicam que a heurística é competitiva com os demais métodos da literatura, sendo possível obter 36,25% de soluções iguais às melhores reportadas na literatura do problema de localização e roteamento, além do GAP médio ter sido de 0,57%. No problema de roteamento de veículos com restrições de empacotamento bidimensional, a heurística obteve 43,05% soluções iguais às melhores conhecidas na literatura, além do GAP médio ter sido de 3,33%. Os resultados obtidos para o problema de localização e roteamento com restrições de empacotamento bidimensional foram satisfatórios.