Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

De nos jours, l’optimisation des opérations de distribution au sein d’une chaîne logistique passe par la prise de décisions impliquant plusieurs activités simultanément. Cette thèse se concentre sur la résolution de problèmes complexes de distribution. Nous étudions premièrement le cas où un transporteur externe est disponible pour pallier au manque de capacité de la flotte interne. Par la suite nous abordons l’optimisation des tournées en tenant compte du calendrier de production de l’usine et des calendriers de demandes des clients. Ces problématiques se positionnent dans le cadre d’un réseau manufacturier composé d’une usine adjacente à un centre de distribution et d’un ensemble de clients. Les clients, tout dépendamment des contextes, peuvent être des utilisateurs finaux ou des détaillants. Cette problématique comporte de nombreuses particularités dont, entre autres, la détermination des quantités à livrer, le choix des véhicules à utiliser, la création des tournées, la gestion des stocks du centre de distribution qui est alimenté en fonction du calendrier de production de l’usine et la détermination des dates de livraison en respectant les calendriers de demandes. En regard avec les nombreuses décisions à prendre, la problématique a été divisée en trois grands axes de recherche, chacun se concentrant sur une partie du problème pour ainsi développer des méthodes pouvant être réutilisées par la suite. Ces axes de recherches sont 1) le transport multi-périodes dans un réseau production/distribution, 2) le problème de tournées de véhicules avec flotte limitée hétérogène et transporteur externe et 3) le problème de tournées de véhicules avec livraisons fractionnées et calendriers de production et de demandes. Le premier axe de recherche se concentre sur la planification des transports lorsque le calendrier de production détermine la disponibilité des divers produits et où les calendriers de demandes des clients imposent les dates de livraison au plus tard. La planification est complexifiée par la présence d’une flotte privée de véhicules hétérogènes et par l’éloignement de certains clients ce qui implique des déplacements multi-périodes. Des heuristiques de transport en aller-retour ainsi que des heuristiques impliquant des tournées avec plusieurs clients ont été développées. Le deuxième axe de recherche étudie un problème de tournées de véhicules mono-période et mono-produit où la capacité totale de la flotte privée limitée est insuffisante pour répondre à la demande des clients. Dans un tel contexte, le recours à un transporteur externe est nécessaire afin de combler les besoins manquants de transport. Pour desservir chacun des clients, une décision doit premièrement être prise quant au choix du type de transport utilisé : flotte privée ou transporteur externe. Deuxièmement, pour les clients desservis par la flotte privée limitée, le type de véhicule à utiliser doit être déterminé conjointement avec la planification des tournées. Pour solutionner ce problème, une heuristique rapide et une métaheuristique ont été développées. Le dernier axe de recherche se concentre sur un problème de tournées de véhicules avec calendriers de production et de demandes. Dans un tel contexte, la disponibilité des divers produits dépend du calendrier de production. De leur côté, les clients, par le biais de leurs calendriers de demandes, fixent les quantités et les dates de livraison au plus tard des produits qu’ils désirent. Les tournées doivent être planifiées en fonction d’une flotte privée homogène et limitée de véhicules et de la présence d’un transporteur externe. Le problème consiste à déterminer pour chaque produit les dates de livraison et les quantités à livrer, en plus de choisir le type de véhicules et de confectionner les tournées de la flotte privée. Une métaheuristique sophistiquée, utilisant une méthode de recherche avec tabous, a été conçue. Ces axes de recherche font l’objet de quatre articles scientifiques qui composent cette thèse par insertion d’articles. Trois de ces articles sont déjà acceptés pour publication et le quatrième est actuellement en arbitrage. / Nowadays, optimizing transportation activities implies making decisions about many activities at the same time. This doctoral dissertation focuses on complex distribution problems, specifically tour optimization taking the factory's production calendar and the customers' demand calendars into account. The manufacturing network studied is composed of a factory, a distribution center (DC) and a set of customers. Depending on the context, the customers may be final users or retailers. The deliveries are made with a private limited fleet of homogenous vehicles owned by the network, supplemented, when it is necessary, by common carriers. To solve this problem many decisions must be made, such as determining the quantities to deliver; choosing the type of vehicles to use and their routing; deciding how to manage the DC inventory, which is supplied according to the production calendar; and establishing the delivery dates with respect to the demand calendars. Given the number of decisions that need to be made, this complex problem was divided into three main research themes, each one devoted to a part of the problem. These main themes are 1) multi-period routing in a production/distribution network, 2) vehicle routing with a private heterogeneous limited fleet and a common carrier, and 3) vehicle routing with split deliveries and production and demand calendars. The idea was to develop methods that could be reused in future projects. The first main theme concentrates on route planning and scheduling given a production calendar that governs inventory availability and demand calendars that impose delivery of the requested quantities of each product at the latest dates possible. These planning and scheduling decisions are made more complex by the availability of only a limited private fleet of heterogeneous vehicles for deliveries and by the distance of some customers which necessitates the use of multi-period routes. Heuristics for round trip transportation and routing with few customers were developed. The second theme focuses on a mono-period, mono-product vehicle routing problem in which the total capacity of the private limited fleet is insufficient to allow deliveries to all the customers. In this context, a common carrier is needed to supplement the transportation capacity. For each customer, a decision first has to be made as to whether the delivery will be made by the private vehicles or the common carrier. Then, for the deliveries by the private fleet, the type of vehicle and the routing must be determined. To solve this problem, a fast heuristic and a more complicated metaheuristic were developed. The third theme examines a split vehicle routing problem with production and demand calendars. In this context, inventory availability depends on the production calendar, and the customers impose the product quantities and the latest possible delivery dates via their demand calendars. For deliveries, both a limited private fleet of homogeneous vehicles and a common carrier are available. To solve this problem, first the delivery dates and the product quantities must be determined, and then the type of vehicle and the routes must be determined. To this end, a complex metaheuristic, using a tabu search algorithm, was conceived. The research for this dissertation led to four scientific papers. Three of these papers have been published, and the fourth is currently submitted for publication.

Cette thèse, fruit d'un contrat de recherche avec Générale des Eaux,<br />porte sur le problème de tournées de service multi-périodes avec fenêtres de temps et flotte limitée. Nous proposons plusieurs méthodes de résolution approchées, ainsi qu'une méthode optimale. La méthode optimale est basée sur la génération de colonnes. Une des méthodes approchées est un algorithme mémétique basé sur une heuristique également développée dans cette thèse. Enfin, la méthode optimale est dérivée en méthode approchée par l'utilisation d'une heuristique pour la résolution du sous-problème.<br />Les algorithmes proposés permettent d'apporter des solutions efficaces à des problèmes comportant jusqu'à 300 clients, dans des temps variant de quelques secondes à quelques dizaines de minutes. Dans un second temps, nous appliquons ces méthodes à des scénarios issus de problématiques réelles, dans une logique d'aide à la décision.

Les activités de transport jouent un rôle crucial autant dans le domaine de la production que dans celui des services. En particulier, elles permettent d’assurer la distribution de biens et de services entre fournisseurs, unités de production, entrepôts, distributeurs, et clients finaux. Plus spécifiquement, les problèmes de tournées de véhicules (VRP) considèrent la mise au point d’un ensemble de tournées de coût minimal servant la demande en biens ou en services d’un ensemble de clients distribués géographiquement, tout en vérifiant un ensemble de contraintes opérationnelles. Alors qu’il s’agissait d’un problème statique, des avancées technologiques récentes permettent aux organisations de gérer leur flotte de véhicules en temps réel. Cependant, ces nouvelles technologies introduisent également une plus grande complexité dans les tâches de gestion de flotte, révélant une demande pour des outils d’aide à la décision dédiés aux problèmes de tournées de véhicules dynamiques. Dans ce contexte, les contributions de la présente thèse de doctorat s’organisent autour de trois axes : (i) elle présente un état de l’art détaillé des problèmes de tournées dynamiques; (ii) elle introduit des frameworks d’optimisation génériques adaptés à une grande variété de problèmes ; (iii) elle définit un problème de tournées novateur et aux nombreuses applications. / Within the wide scope of logistics management,transportation plays a central role and is a crucialactivity in both production and service industry.Among others, it allows for the timely distributionof goods and services between suppliers, productionunits, warehouses, retailers, and final customers.More specifically, Vehicle Routing Problems(VRPs) deal with the design of a set of minimal costroutes that serve the demand for goods orservices of a set of geographically spread customers,satisfying a group of operational constraints.While it was traditionally a static problem, recenttechnological advances provide organizations withthe right tools to manage their vehicle fleet in realtime. Nonetheless, these new technologies alsointroduce more complexity in fleet managementtasks, unveiling the need for decision support systemsdedicated to dynamic vehicle routing. In thiscontext, the contributions of this Ph.D. thesis arethreefold : (i) it presents a comprehensive reviewof the literature on dynamic vehicle routing ; (ii)it introduces flexible optimization frameworks thatcan cope with a wide variety of dynamic vehiclerouting problems ; (iii) it defines a new vehicle routingproblem with numerous applications.

La performance logistique des entreprises et l’optimisation des transports sont devenues un grand problème ces dernières années. La planification et l’optimisation des services constituent en particulier un nouveau défi. Afin d’accroître la productivité et de réduire les coûts de la logistique, ce travail de recherche contribue à l’optimisation d’un problème de tournées de service à domicile multi-dépôt, multi-période avec fenêtres de temps de vie réelle. Le problème vient d’un contexte réaliste et est formulé comme un modèle en Mixed Integer Programming (MIP). Les résultats avec Cplex montrent que ce problème ne peut être résolu par des méthodes exactes dans un délai raisonnable pour une utilisation pratique. Par conséquent, nous introduisons des heuristiques. Premièrement, les heuristiques de recherche locales sont utilisées pour résoudre le problème. Les solutions réalisables initiales sont générées par une heuristique de construction et plusieurs heuristiques de recherche locales sont appliquées pour obtenir des solutions dans un temps de calcul assez court. Ensuite, nous proposons un algorithme génétique avec une nouvelle représentation du chromosome et de nouveaux opérateurs génétiques pour le problème abordé. Enfin, nous considérons un algorithme génétique avec contrôle de la diversité pour problèmes à grande échelle. Les solutions infaisables sont prises en compte dans la population et la contribution à la diversité fait partie de l’évaluation afin d’éviter une recherche prématurée. Ces méthodes ont été mises en œuvre avec succès pour optimiser le problème de routage. / The logistics performance of enterprises and the optimization of transportation have become a great issue in recent years. Field force planning and optimization is a new challenge for the service sector. In order to increase productivity and reduce cost of logistics, this research contributes to the optimization of a real-life multi-depot multi-period field service routing problem with time window. The problem is abstracted from the realistic problem and formulated as a Mixed Integer Programming (MIP) model. Computational results with Cplex show that this problem cannot be solved by exact methods in reasonable time for practical use. First, local search heuristics are used for solving the problem. Initial feasible solutions are generated by a constructive heuristic and several local search heuristics are applied to obtain solutions in a very short computing time. Then we propose a genetic algorithm with new representation of chromosome and new genetic operators for the addressed problem. Finally we consider a genetic algorithm with diversity control to deal with large scale problems. Infeasible solutions are taken account in the population and the diversity contribution is part of the evaluation to avoid premature of search. These methods have been successfully implemented to the optimization of the routing problem

Le problème de tournées de véhicules est un des problèmes d'optimisation combinatoire les plus connus et les plus difficiles. Il s'agit de déterminer les tournées optimales pour une flotte de véhicules afin de servir un ensemble donné de clients. Dans les problèmes classiques de transport, chaque client est normalement servi à partir d'un seul nœud (ou arc). Pour cela, on définit toujours un ensemble donné de nœuds (ou arcs) obligatoires à visiter ou traverser, et on recherche la solution à partir de cet ensemble de nœuds (ou arcs). Mais dans plusieurs applications réelles où un client peut être servi à partir de plus d'un nœud, (ou arc), les problèmes généralisés qui en résultent sont plus complexes. Le but principal de cette thèse est d'étudier trois problèmes généralisés de tournées de véhicules. Le premier problème de la tournée sur arcs suffisamment proche (CEARP), comporte une application réelle intéressante en routage pour le relevé des compteurs à distance ; les deux autres problèmes, problème de tournées couvrantes multi-véhicules (mCTP) et problème généralisé de tournées sur nœuds (GVRP), permettent de modéliser des problèmes de conception des réseaux de transport à deux niveaux. Pour résoudre ces problèmes, nous proposons une approche exacte ainsi que des métaheuristiques. Pour développer la méthode exacte, nous formulons chaque problème comme un programme mathématique, puis nous construisons des algorithmes de type branchement et coupes. Les métaheuristiques sont basées sur le ELS (ou Evolutionary Local Search) et sur le GRASP (ou Greedy Randomized Adaptive Search Procedure). De nombreuses expérimentations montrent la performance de nos méthodes.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le véhicule électrique est actuellement au coeur des alternatives énergétiques qui permettent de faire face à la croissance du coût du carburant et au réchauffement climatique. En revanche, l’autonomie limitée des batteries des véhicules électriques et l’indisponibilité d’un nombre suffisant de bornes de recharge représentent des enjeux majeurs auxquels se trouvent confrontés les utilisateurs. Le déploiement des véhicules électriques doit alors passer par la conception et l’expérimentation des outils d’aide à la décision pour gestion optimisée et adaptée de l’écosystème du véhicule électrique. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse qui vise à fournir des outils d’aide à la décision pour l’optimisation des usages, de la recharge et des tournées des véhicules électriques dans le cadre industriel. Dans un premier temps, nous proposons d’étudier le problème d’optimisation conjointe de l’affectation et de la recharge des véhicules électriques. L’objectif de ce problème est de maximiser l’usage des véhicules électriques et minimiser les coûts de recharge tout en prenant en compte les contraintes d’ordre opérationnel et technique. Pour résoudre ce problème, nous proposons une méthode exacte et deux heuristiques. Nous comparons les performances de ces méthodes sur des instances réelles et d’autres aléatoires. Nous exposons ensuite plusieurs extensions au problème de base en intégrant de nouvelles fonctions objectif et de nouvelles contraintes. Nous étudions par la suite notre problème de point de vue ordonnancement et nous proposons une étude de complexité et des algorithmes d’approximation avec garantie de performance pour le problème d’ordonnancement d’intervalles sous contraintes d’énergie. Finalement, nous nous intéressons à un nouveau problème de construction de tournées pour une flotte mixte de véhicules électriques et thermiques. Pour résoudre ce problème, nous proposons des heuristiques et des méta-heuristiques hybrides et nous comparons les performances des différentes méthodes sur des instances généralisées de la littérature / Electric Vehicles may decrease transportation-related emissions and provide for less dependence on foreign oil. However, electric vehicles are still facing many weaknesses related to the high purchase prices, limited battery range and scarce charging infrastructure. The deployment of electric vehicles must then involve the design and the deployment of charging infrastructures. Within this study, the overall objective is to provide enhanced optimization methods and decision tools for electric vehicles assignment, charging and routing that are relevant to different real-world constraints. Firstly, we propose to study the joint scheduling and optimal charging of electric vehicles problem. This problem consists in assigning a set of already constructed routes to the available electric and conventional vehicles and in, simultaneously, optimizing the electric vehicles charging costs while ensuring that all constraints are satisfied. The objective of this problem is to maximize the use of EVs and to minimize charging costs. Secondly, we propose different extensions to our baseline problem and we vary the objective functions and the considered constraints. Moreover, our problem can be seen as a fixed interval scheduling problem with complementary constraints of energy. We propose then to study the complexity and the approximability of many variants of this new problem. Finally, we consider a new variant of the electric vehicle routing problem with a heterogeneous fleet of vehicles and we propose different heuristics and metaheuristics to solve it. We test the different solving methods on benchmark instances and we evaluate the efficiency of each method

L’agriculture de précision est un mode de culture qui consiste à prendre en compte la variabilité intra-parcellaire afin d'appliquer le bon traitement au bon endroit. Depuis les années 80, l’agriculture de précision s’est développée grâce à l’arrivée d’outils de géolocalisation (GPS), de matériels permettant une gestion modulée des cultures et surtout d'une multitude de données issues de prélèvements sur le terrain, d'images et de capteurs. Dans ce contexte, l’agriculture de précision a fait émerger de nouveaux problèmes à la fois combinatoires et complexes afin de répondre à des enjeux de performance économique, technique et environnementale.Cette thèse porte sur l'utilisation de la programmation par contraintes pour résoudre des problèmes de tournées dans le contexte de l’agriculture de précision et, plus précisément, en viticulture de précision.Un problème de tournées de véhicule consiste à déterminer une flotte de véhicules afin de visiter une liste de clients ou de réaliser des tournées d’interventions. Le but est de minimiser le coût total des tournées tout en respectant différentes contraintes. Ce problème est une extension classique du problème du voyageur de commerce et fait partie des problèmes NP-difficiles.La programmation par contraintes est un outil très puissant capable de résoudre des problèmes combinatoires comme les problèmes de tournées. Elle fournit des algorithmes de filtrage dédiés à des contraintes de circuits qui permettent de résoudre de façon efficace des problèmes associant ces contraintes de circuit à d'autres contraintes plus spécifiques.La première contribution de cette thèse est la formalisation du problème de la vendange sélective et sa modélisation sous la forme d’un problème d’optimisation sous contraintes. Le problème de la vendange sélective consiste à trouver la trajectoire optimale d’une machine à vendanger qui récolte et sépare deux qualités de raisins. En plus d’être un problème de tournées peu commun, la gestion du remplissage simultané des deux bacs augmente la combinatoire du problème. Plusieurs modèles sont présentés et testés sur des données réelles provenant de vignobles situés dans le sud de la France.La deuxième contribution est l’établissement d’une nouvelle contrainte globale de tournées nommée WeightedSubCircuits. Elle permet d'aborder le problème plus général de tournées multiples dans lequel on cherche à couvrir une partie du graphe par un ensemble de circuits disjoints de coût minimal. Un algorithme de filtrage partiel de cette contrainte est également présenté. Des expérimentations ont été réalisées, notamment sur un problème de planning de techniciens intervenant sur des vignobles en Californie qui a été modélisé dans le cadre de cette thèse. Ces résultats préliminaires ont montré l'intérêt du filtrage apporté par cette nouvelle contrainte. / L’agriculture de précision est un mode de culture qui consiste à prendre en compte la variabilité intra-parcellaire afin d'appliquer le bon traitement au bon endroit. Depuis les années 80, l’agriculture de précision s’est développée grâce à l’arrivée d’outils de géolocalisation (GPS), de matériels permettant une gestion modulée des cultures et surtout d'une multitude de données issues de prélèvements sur le terrain, d'images et de capteurs. Dans ce contexte, l’agriculture de précision a fait émerger de nouveaux problèmes à la fois combinatoires et complexes afin de répondre à des enjeux de performance économique, technique et environnementale.Cette thèse porte sur l'utilisation de la programmation par contraintes pour résoudre des problèmes de tournées dans le contexte de l’agriculture de précision et, plus précisément, en viticulture de précision.Un problème de tournées de véhicule consiste à déterminer une flotte de véhicules afin de visiter une liste de clients ou de réaliser des tournées d’interventions. Le but est de minimiser le coût total des tournées tout en respectant différentes contraintes. Ce problème est une extension classique du problème du voyageur de commerce et fait partie des problèmes NP-difficiles.La programmation par contraintes est un outil très puissant capable de résoudre des problèmes combinatoires comme les problèmes de tournées. Elle fournit des algorithmes de filtrage dédiés à des contraintes de circuits qui permettent de résoudre de façon efficace des problèmes associant ces contraintes de circuit à d'autres contraintes plus spécifiques.La première contribution de cette thèse est la formalisation du problème de la vendange sélective et sa modélisation sous la forme d’un problème d’optimisation sous contraintes. Le problème de la vendange sélective consiste à trouver la trajectoire optimale d’une machine à vendanger qui récolte et sépare deux qualités de raisins. En plus d’être un problème de tournées peu commun, la gestion du remplissage simultané des deux bacs augmente la combinatoire du problème. Plusieurs modèles sont présentés et testés sur des données réelles provenant de vignobles situés dans le sud de la France.La deuxième contribution est l’établissement d’une nouvelle contrainte globale de tournées nommée WeightedSubCircuits. Elle permet d'aborder le problème plus général de tournées multiples dans lequel on cherche à couvrir une partie du graphe par un ensemble de circuits disjoints de coût minimal. Un algorithme de filtrage partiel de cette contrainte est également présenté. Des expérimentations ont été réalisées, notamment sur un problème de planning de techniciens intervenant sur des vignobles en Californie qui a été modélisé dans le cadre de cette thèse. Ces résultats préliminaires ont montré l'intérêt du filtrage apporté par cette nouvelle contrainte.