O componente de planejamento faz parte do projeto de desenvolvimento dos veículos autônomos, e é responsável por gerar rotas para o sistema como um todo. Em aplicações em que o veículo deve visitar pontos em intervalos de tempo pré-determinados, o componente de planejamento se enquadra em um problema de roteirização conhecido da literatura, denominado problema de roteirização de veículos com janelas de tempo. Tal problema é uma generalização do problema clássico de roteirização de veículos classificado no grupo de problemas NP-Hard. Esse trabalho apresenta uma proposta de solução para o problema baseada na metaheurística algoritmo genético. Os cromossomos foram representados pela ordem de atendimento dos clientes sem delimitadores de rota. Para quebrar os cromossomos em rotas, foi utilizado um procedimento adaptado baseado em Prins (2004). A população inicial se constitui por uma parte construída com cromossomos criados aleatoriamente e outra parte construída através da heurística de inserção I1 de Solomon (1987), com quatro formas diferentes de inserir o primeiro cliente de cada rota. Na fase de recombinação, foram utilizados quatro tipos de crossover: uniforme, dois pontos, heurístico e PMX, e um operador de mutação baseado em uma busca heurística. A cada geração foram aplicados princípios de elitismo e pós-otimização utilizando a heurística -interchange de Osman (1993). O algoritmo foi testado nos conjuntos C1, C2, R1, R2, RC1 e RC2 de Solomon (1987) e os resultados foram comparados com os melhores resultados encontrados na literatura. / The planning component is a part of autonomous vehicle development project and it is responsible to generate routes for the system as a whole. In applications which vehicle must to visit way points at predetermined intervals of time, the planning component fits into a routing problem known in the literature called routing problem with time windows. This problem is a generalization of the classical vehicle routing problem classified in the group of NP- Hard problems. This thesis presents a solution proposal to problem based on genetic algorithm metaheuristic. Chromosomes were represented by the order of serving customers without delimiters route. To split the chromosomes on routes, it is used a procedure adapted based on Prins (2004). The initial population is constituted by two parts: one with randomly created chromosomes and another constructed through the insertion heuristic I1 of Solomon (1987), with four different ways of insertion of the first customer of each route. In the recombination step, four types of crossover were used: uniform, two points, heuristic, and PMX, and a mutation operator based on heuristic search. In each generation it is applied principles of elitism and postoptimization using the -interchange heuristic of Osman (1993). The algorithm was tested on the sets C1, C2, R1, R2, RC1 and RC2 of Solomon (1987) and the results were compared with the best results found in the literature.

O presente trabalho trata da solução para o problema da elaboração de programações de transporte do sistema de distribuição de materiais da Força Aérea Brasileira (FAB). Essas programações de transporte consistem em definir os roteiros de entrega e coleta de materiais a serem realizadas simultaneamente em cada local de entrega/coleta a partir de um centro de distribuição, considerando-se a frota de veículos homogênea. Isto é característico de um Problema de Roteirização de Veículos com Coletas e Entregas Simultâneas (PRVCES). A gestão do sistema de distribuição física da FAB considera a complexidade desse sistema e os dados relativos às demandas de transporte de carga em cada um desses locais para elaborar as programações de transporte. Essas programações são elaboradas tendo em vista os limites de capacidade dos veículos, as características físicas das cargas e as prioridades de embarque. O gestor desse sistema possui boa visibilidade das demandas de transporte, porém, devido à grande quantidade de informações disponíveis e à elevada complexidade desse sistema, é impossível elaborarem-se manualmente programações de transporte que resultem em viagens de distribuição eficientes. O PRVCES foi resolvido por meio da meta-heurística Busca Dispersa (do inglês Scatter Search) integrada com a meta-heurística Descida em Vizinhança Variável (do inglês Variable Neighborhood Descent) utilizada como método de melhoria das soluções. Os resultados superaram ou se igualaram a alguns dos obtidos por outros autores para os mesmos problemas de teste com as mesmas restrições, o que demonstra que a Busca Dispersa implementada é competitiva para solucionar o PRVCES. Quanto à aplicação na FAB, os resultados mostraram que a utilização do método de solução desenvolvido resultará em programações de transporte elaboradas em curto tempo de processamento e que estas incidirão positivamente sobre a eficiência do sistema de distribuição de materiais da FAB. / This work deals with the solution to the problem of drawing up transport schedules in the material distribution system of the Brazilian Air Force (BAF). These transport schedules consist in defining the routes for material pickup and delivery to be accomplished simultaneously in each delivery/pickup location from a distribution center, considering a homogeneous fleet of vehicles. This is characteristic of a Vehicle Routing Problem with Simultaneous Delivery and Pick-up (VRPSDP). The management of the physical distribution of BAF considers the complexity of this system and the data regarding the cargo transport demands in each one of those locations to draw up transport schedules. These schedules are drawn up regarding the capacity limits of the vehicles, the physical characteristics of the cargoes and the shipping priorities. A good visibility of transport demands in each location is available to the manager of this system, but due to the great quantity of data to deal with and the high complexity of the physical distribution system of BAF, it is impossible to draw up transport schedules that result in efficient distribution trips. The VRPSDP was solved by means of the Scatter Search meta-heuristic integrated with the Variable Neighborhood Descent meta-heuristic as the solution improvement method. The results exceeded or equaled some of those obtained by other authors using the same test problems with the same restrictions, what indicates that the implemented Scatter Search is competitive to solve the VRPSDP. As for the application in the BAF, the results showed that using the solution method developed will result in schedules drawn up in short processing time and focused on the efficiency of the material distribution system of the BAF.

Esta dissertação trata do problema do agrupamento de cargas fracionadas na distribuição de cimento ensacado partindo de um depósito central. O problema consiste em definir quais entregas de cimento serão carregadas juntas em um determinado veículo, de modo a aproveitar ao máximo sua capacidade e ao mesmo tempo reduzir o custo com o frete pago aos transportadores que farão sua distribuição. Em especial, o método de resolução proposto pode ser dividido em três fases. Na primeira fase, as entregas pertencentes a um mesmo cliente são agrupadas prioritariamente. Na segunda fase, são agrupadas as entregas de clientes dentro de uma mesma cidade. Neste caso, uma simplificação necessária é considerar que todas as entregas de uma mesma cidade estão localizadas em um único ponto. Com isso, a distância entre os clientes se torna irrelevante e é proposto um método baseado em um algoritmo genético para resolução de problemas de bin-packing (BPP). Para a terceira fase, é considerado o agrupamento para pontos de entrega pertencentes a cidades diferentes, onde as distâncias rodoviárias são consideradas. Nesta etapa, é proposta uma variação do método anterior, incorporando ao modelo algumas heurísticas para resolução de problemas de roteirização de veículos, como o algoritmo de Clarke & Wright e o algoritmo do Vizinho Mais Próximo. / This thesis deals with the problem of merging less-than-truckload deliveries in bagged cement distribution from a central depot. The problem consists in defining which cement deliveries shall be loaded in each given vehicle, in order to maximize the vehicle full capacity as well as reduce carriers freights. Particularly, the solution method can be divided hierarchically in three stages. In the first stage, the deliveries from the same client are merged with priority. In the second stage, the deliveries from the same city are merged. In this case, a necessary assumption is to consider the deliveries from the same city as located in a single destination point. Consequently, the distances among deliveries can be assumed as irrelevant and a heuristic method is proposed, which relies on a genetic algorithm for the bin-packing problem (BPP). In the third stage, merging of different delivery points that are apart from each other is considered. For this step, a variation of the previous method is proposed, incorporating some heuristics to solve the vehicle routing problem, like the Clarke & Wrights savings algorithm and the Nearest Neighbor algorithm.

O presente trabalho aborda o sistema logístico usualmente denominado Vendor Managed Inventory (VMI), no qual o fornecedor controla e coordena as decisões de reabastecimento, sendo responsável por manter os estoques de seus clientes dentro de limites fixados de antemão. O modelo proposto incorpora ainda as decisões relativas à produção e manutenção de estoque por parte do fornecedor, além da utilização de frota heterogênea na distribuição, e busca a minimização dos custos totais do sistema. Quatro heurísticas de duas etapas são propostas para a resolução do problema abordado. A primeira etapa, comum a todas as heurísticas, baseia-se em uma heurística recentemente publicada na literatura e fornece uma solução inicial viável, utilizada como ponto de partida para a etapa de melhoria subsequente, na qual é utilizada a metaheurística busca tabu ou busca em vizinhança variável. As heurísticas propostas foram avaliadas em um conjunto de teste, sendo obtidos resultados melhores que os reportados na literatura em todas as instâncias testadas. Dentre as estratégias de solução avaliadas, destaca-se a heurística baseada em busca tabu com diversificação, que demonstrou ser superior às demais heurísticas propostas. Os resultados obtidos indicam ainda que, no caso da frota disponível ser heterogênea, é vantajosa a utilização de uma adaptação do procedimento de obtenção da solução inicial, como forma de privilegiar a utilização de veículos de maior eficiência. / This thesis deals with the logistic system usually called Vendor Managed Inventory (VMI). In this system the supplier controls and coordinates the supply decisions and is responsible for keeping the inventory of each of his clients within predetermined minimum and maximum levels. Heterogeneous fleet and production/stocking decisions at the supplier are considered as well, and the proposed model seeks to minimize the total system cost. Four two-stage heuristics are proposed for this problem. The first stage consists in an adaptation of a heuristic found in the bibliography, which provides an initial viable solution that will be improved in the second stage by means of the metaheuristics tabu search or variable neighborhood search. The proposed heuristics were tested on a set of benchmark instances with improvements found on the best known results in all of the tested instances. The obtained results indicate that the tabu search based heuristic with diversification strategy is clearly superior to the other proposed heuristics and that a better fleet utilization can be obtained in the case of heterogeneous fleet by a simple improvement in the first stage, that favors the selection of more efficient vehicles.

Esta dissertação trata do planejamento do abastecimento de última milha em centros urbanos, propondo métodos para agrupar pedidos de clientes em programação de entregas. Neste estudo, é considerado que o frete pago ao transportador em uma rota é definido pela distância direta do ponto de entrega mais distante do depósito em contraposição à distância total da rota que é usual na literatura sobre problemas de roteirização de veículos. Além disso, também são consideradas categorias, conjunto de produtos similares, que não podem ser transportadas juntas por não serem compatíveis entre si. O objetivo do problema proposto é determinar o agrupamento e sequenciamento de pedidos em roteiros de veículos de acordo com as características operacionais descritas acima, utilizando uma frota homogênea de veículos capacitados que parte de um depósito, de tal forma que toda a demanda seja atendida com o menor frete possível. Para resolução desse problema são propostas uma formulação matemática para obtenção de soluções exatas e a implementação da heurística \"Multi Start Perturbation Tabu\" (MSPT) que é composta das metaheurísticas \"Greedy Randomized Adaptive Search Procedure\" (GRASP), \"Tabu Search\" (TS) e \"Iterated Local Search\" (ILS) para obtenção de soluções heurísticas. Os resultados experimentais indicam que a MSPT é competitiva com os resultados do método exato com até 5 horas de processamento utilizando os recursos computacionais de alto desempenho do Laboratório de Computação Científica Avançada (LCCA) da Universidade de São Paulo. / This dissertation addresses the planning of the last mile supply in urban centers and proposes methods to group customer orders into shipments. In this study, freight paid to the carrier on a route is defined as the direct distance from the point of delivery that is furthest from the depot as opposed to be defined as the total distance of the route which is commonly found in the literature on vehicle routing problems. In addition, it is also considered categories, a set of similar products, which cannot be transported together because they are not compatible with each other. The objective of the proposed problem is to determine the grouping and sequencing of orders into vehicle shipments according to the operational characteristics described above, using a homogeneous fleet of capacitated vehicles that is located in a depot, in such a way that all the demand is delivered with the lowest freight possible. To solve this problem, it is proposed a mathematical formulation to obtain exact solutions and the implementation of the Multi Start Perturbation Tabu (MSPT) heuristic that is composed of the Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP), Tabu Search (TS) and \"Iterated Local Search\" (ILS) for heuristic solutions. Finally, the experimental results indicate that the MSPT is competitive with the outcomes of the exact method with up to 5 hours of processing using the high performance computational resources of the Advanced Scientific Computation Laboratory (LCCA) of the University of São Paulo (USP).

Este trabalho trata do problema de roteirização de veículos para o abastecimento de linhas de produção, o qual pode ser entendido como uma particularização do problema clássico de roteirização de veículos (VRP Vehicle Routing Problem). Neste problema, peças estão armazenadas em um estoque central, chamado de supermercado, de onde são transferidas para pontos de uso localizados ao longo da linha de produção. O ritmo de fabricação na linha de produção é suposto constante, o que torna periódica a necessidade de reposição das embalagens com peças. Uma frota de rebocadores transporta as embalagens, dispostas sobre plataformas com rodas puxadas pelo mesmo e configurando um comboio. O objetivo do problema é roteirizar a frota de rebocadores, maximizando sua utilização e garantindo o atendimento da demanda gerada pela linha de produção. O problema é comum a muitas empresas de manufatura de bens de consumo e possui impacto direto nos custos operacionais. A literatura sobre o tema é escassa e as soluções empregadas na indústria habitualmente se baseiam na experiência prática de operadores ou responsáveis pela movimentação de materiais. Este trabalho propõe uma heurística para obtenção de uma solução para o problema, baseada em métodos de inserção. A heurística proposta foi aplicada a um caso na indústria automobilística e a comparação entre a solução obtida e aquela formulada por operadores demonstrou ganho no número de rotas. / This work studies the routing of vehicles for material delivery to assembly lines, which consists of a generalization of the classic Vehicle Routing Problem (VRP). In this problem, parts are stored in central depot called supermarket and from where they are distributed to points of use placed along the production line. Production rate in the assembly line is considered constant, which means that parts are delivered to points of use periodically. A fleet of tow cars transfers the boxes or containers of parts using wheeled towed carts. The objective of this problem is to route the fleet of the tow cars maximizing their utilization and fulfilling the assembly line demand for parts. This problem is common to several companies and has direct impacts in material handling costs. The theme is poorly explored in routing studies and many companies use operator experience to configure tow cars routes. This work proposes a heuristic based on insertion methods to find a solution for the problem. The heuristic was applied to a real problem and resulted in the reduction of the number of routes when compared to former operator solution.

Modelos de simulação usados para representar uma malha ferroviária com a circulação de trens percorrendo nela um ciclo fechado, estão sujeitos a diversas interferências. Essas interferências são representadas pela circulação de outros trens, bem como pelas filas que são formadas junto aos terminas de carga e descarga, que alteram a programação inicialmente idealizada. A validação desses modelos de simulação é prejudicada por essas interferências, e a busca por um correto procedimento de validação deve ter como base o adequado direcionamento e alocação dos trens. A carência de estudos sobre a validação de simulações aplicadas a sistemas ferroviários, que considerem a característica especifica de trens de ciclo e as interferências citadas, possibilitou a elaboração desta tese, a qual sinaliza que o desenvolvimento de algoritmos que representam o processo de movimentação dos trens em nível de detalhe suficiente, e a adoção de um método de direcionamento adequado, permitem a validação do modelo para esse tipo de sistema. Das três alternativas avaliadas para representar o direcionamento: escolha aleatória entre diversos pontos de carregamento para atender um destino final ou realizado por rotina com a mesma finalidade inserida no próprio simulador, e por modelo otimizador acessado externamente pelo simulador, foi selecionada a segunda opção por permitir uma validação do modelo mais próxima da realidade e realizar experimentos com menor tempo computacional. Uma vez programado o modelo de simulação com o direcionamento de trens escolhido, foi possível conduzir experimentos para medir a sensibilidade com relação as principais variáveis que permitem o dimensionamento de sistemas ferroviários brasileiros. / The rail network simulation models considering trains on closed loop may have many disturbances. These disturbances are caused by the railnet traffic, or queues at the load/unload stations, that changes the movement previously planned. The validation of these simulation models can be problematic because of these disturbances, and the search for the right validation procedure must count with a good train destination choosing process. The lack of studies about the validation of simulations applied to rail networks, considering the specific features of the closed loop trains and the disturbances, have leaded this thesis development, which proves that the development of algorithms that represent the movement process of the trains under sufficient detailing level, and the adoption of a correct destination choosing process, reaches the model validation. From the three options evaluated to represent this destination choosing procedure: random choosing between many loading points to one unloading point, or an internal model routine to do this same task, or an external optimization model called from the simulation model, was choosen the second option, because it validates the model and runs the simulation experiment faster. Once prepared the model with the destination choosing process selected, was possible to conduct experiments to measure the model sensitivity to the main parameters at the design of brazilian rail networks.

Neste trabalho uma metodologia é proposta para disponibilizar, via internet, um serviço de roteirização de endereços para o campus da USP de Ribeirão Preto, com a determinação do menor caminho entre duas localidades. Esta metodologia pode ser aplicada não apenas ao campus da USP de Ribeirão Preto, mas ela poderá ser estendida às cidades e/ou regiões que possuam um mapa digital correspondente. Um sistema, denominado SIGRIB, foi desenvolvido para implementar a metodologia proposta. Utiliza o software ARCVIEW como suporte na manipulação de dados geográficos e cadastrais. Para facilitar a interação do usuário com o sistema SIGRIB, uma interface foi desenvolvida para que se possa fornecer duas localidades para as quais se deseja obter o menor caminho. O resultado desta consulta é uma figura ou conjunto de figuras contendo o menor caminho correspondente destacado. O sistema SIGRIB está disponível na internet (http://143.107.231.188/sigrib/pagina.asp) e vários testes são apresentados neste trabalho que demonstram o seu bom desempenho. / In this work a methodology is proposal to turn available, through internet, a routing service for addressing at campus of University of São Paulo, in Ribeirão Preto, including the determination of shortest way between two localities. This methodology can be applied not only to this campus but it can be extended to various cities and/or regions that have a corresponding digital map. A system, called SIGRIB, has been developed for implementing the proposed methodology. It utilizes ARCVIEW software as support for manipulation of geographical and cadastral data. To turn easy the interaction of user with SIGRIB system, a interface has been also implemented for that can provide two localities for which it desires to obtain the shortest path. The result of this search is a figure or set of figures containing the corresponding shortest path highlighted. The system SIGRIB is available in the internet (http://143.107.231.188/sigrib/pagina.asp) and several tests are presented in this work that demonstrate its good performance.

O presente trabalho aborda a questão da interligação de poços de petróleo às plataformas de produção com a utilização de embarcações do tipo Pipe Laying Support Vessels (PLSVs). O objetivo do estudo é a maximização da curva de produção de óleo no período analisado, o que passa pelo melhor aproveitamento da frota de PLSVs contratada. São consideradas as especificidades da situação como, por exemplo, as restrições técnicas de cada embarcação para as atividades necessárias, a disponibilidade dos PLSVs, materiais para interligação e a já ocorrência da fase precedente, denominada completação. Considerando todo este conjunto de características do problema, desenvolveu-se uma formulação de Programação Linear Inteira Mista com pontos inovadores em relação à literatura, especialmente no que diz respeito ao incremento da curva de produção por conta da operação de poços injetores e ao declínio natural de poços produtores com o passar do tempo. Como os resultados obtidos nos testes da formulação matemática mostraram-se satisfatórios para pequenas instâncias, mas de alta complexidade computacional para um número grande de atividades, foram elaboradas duas versões de uma heurística construtiva adequada para a resolução de problemas de maior porte. Levando em consideração as mesmas características do problema que foram usadas na etapa de formulação matemática, puderam ser elaborados os algoritmos e suas devidas programações computacionais. A partir disso, foram realizados testes de pequeno porte para verificar a robustez dos algoritmos quanto aos seus comportamentos. Por fim, houve a comparação do caso completo, onde foram aplicadas as heurísticas, com o que ocorreu na situação real, tendo o resultado deste presente estudo apresentado um relevante ganho. / This research presents a real case of connection of oil wells in subsea environment to the production platforms with the use of ships of the type PLSV - Pipe Laying Support Vessels. The objective of this study is to maximize the oil production curve in the horizon considered, which is due to the best exploitation of the outsourced fleet. Specificities of the situation are considered like, for example, technical constraints of each vessel for the required activities, the availability of the PLSVs, materials for connection and the end of the previous phase, called completion. Considering all this set of the problem characteristics, it was developed a Mixed-Integer Linear Programming (MILP) formulation with innovative aspects in relation to the literature, especially with respect to the increase of the production curve due to the operation of injector wells and to the natural decline of producer wells during their operation, in the course of time. As the results obtained in the tests of the mathematical formulation were satisfactory for small instances, but with a high computational time for a great number of activities, two suitable constructive heuristics were elaborated for the resolution of larger problems. Numerical experiments were conducted, in small scale, to verify the robustness of the algorithms. Next, the proposed methods were applied to a real case of an oil company and relevant gains were observed.

O problema de roteirização periódica de veículos pode ser considerado como uma generalização do problema clássico de roteirização devido a duas características próprias: um período de planejamento maior que um dia, em que os veículos fazem diversas viagens, e freqüências de visitas associadas a pontos a serem servidos. Esse tipo de problema pode ter muitas aplicações práticas. Atualmente, algumas indústrias automobilísticas brasileiras já utilizam um sistema de coleta que se baseia na idéia de roteirização periódica, com a finalidade de reduzir o estoque de peças. Assim como os problemas originais de roteirização de veículos, o problema aqui tratado é também difícil de ser resolvido, sendo impossível o uso de algoritmos exatos para a obtenção de uma solução ótima para o tamanho de problemas encontrados na prática. Isso motivou o estudo, que direcionou seus esforços na exploração de novas estratégias de solução para esse problema através de novas abordagens, de modo que houvesse um aumento na qualidade de soluções e uma diminuição do tempo de processamento computacional. Dois procedimentos diferentes foram propostos para a alocação dos clientes aos dias de visitas: uma heurística de inserção seqüencial que visa equilibrar os esforços dos diferentes dias do período de planejamento, e uma heurística baseada em algoritmos genéticos. As rotas diárias são construídas através da utilização do algoritmo de economias de Clarke e Wright, que permite a obtenção de boas soluções em tempos de processamento curtos. Experimentos computacionais são realizados para a avaliação da eficiência de cada uma das heurísticas propostas através da utilização de benchmarks retirados da literatura e problemas-teste gerados aleatoriamente, e os resultados são também comparados aos anteriormente mostrados na literatura. / The period vehicle routing problem can be viewed as a generalization of the classic vehicle routing problem due to two singular features: a planning period longer than one day in which vehicles make several trips and frequencies of visit associated to points to be serviced. This type of problem may arise in different practical applications. Nowadays, some Brazilian automaker industries are already utilizing a collect system based on the idea of the period routing in order to reduce parts inventory. Similarly to the original vehicle routing problem, the period vehicle routing problem is also hard to solve, making it impossible to use exact in order to obtain an optimal solution for problem sizes found in practice. This motivated this research study, which directed its efforts to the exploration of new strategies of solution through new reasoning, leading to an increase in the quality of the solution and a decrease in the computational processing time. The proposed heuristics are composed of three consecutive stages: (i) assigning customers to days of visit while respecting their given frequencies, (ii) building routes that serve all customers assigned to each day of the planning horizon, and (iii) improving the obtained solution. Despite the distinction between the stages, we managed to take into consideration the integration among the three decisions. Two different procedures were proposed to the assignment of customers to days of visit: a sequential insertion heuristic that aims to balance the workload among different days in the time horizon, and a heuristic based on genetic algorithms. The daily routes are then constructed by using the Clarke and Wright\'s savings algorithm, which allows good solutions to be obtained in short processing times. Computational experiments are made in order to evaluate the efficiency of each proposed heuristic using both benchmark problem sets from the literature and randomly generated problems as well, and the results are compared to the previously reported in the literature.