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.

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.

Apesar de serem utilizados com sucesso em problemas de roteirização clássicos como o do caixeiro-viajante e o de roteirização de veículos com janelas de tempo, os algoritmos genéticos não apresentavam bons resultados nos problemas de roteirização de veículos sem janelas de tempo. Utilizando-se de uma tendência recente de hibridização de algoritmos genéticos, Prins (2004) elaborou um algoritmo para o problema de roteirização de veículos sem janelas de tempo, monoperíodo, e que obrigatoriamente atenda a todos os clientes cujos resultados, quando aplicado a instâncias de Christofides et al. (1979) e de Golden et al. (1998), são comparáveis aos melhores códigos elaborados com base na busca tabu. Diferentemente da maioria dos algoritmos genéticos apresentados para solução de problemas de roteirização de veículos, no método desenvolvido por Prins (2004) o cromossomo é composto apenas pelos pontos a serem atendidos, não contendo delimitadores de rotas. Estas são definidas a partir de um método de particionamento do cromossomo. Este trabalho implementa o algoritmo descrito por Prins (2004) e propõe a este melhorias em diversas de suas etapas, como inicialização, operação de crossover, operação de mutação, reinicialização e particionamento do cromossomo. As alterações implantadas são aplicadas às instâncias de Christofides et al. (1979) e comparadas com o algoritmo inicial em termos de qualidade de solução e tempo de processamento. Finalmente, é elaborado um algoritmo genético que contempla as alterações que obtiveram resultados positivos. / In the Vehicle Routing Problem (VRP) we seek for a set of minimum-cost vehicle routes for a fleet of identical vehicles, each starting and ending at a depot, such that each customer is visited exactly once and the total demand of any route does not exceed the vehicle capacity. Several families of heuristics have been proposed for the VRP. They can be broadly classified into two main classes: classical heuristics developed between 1960 and 1990, and, more recently, metaheuristics. Among them, tabu search plays an key role, being acknowledged by most authors as the most successful approach for the VRP. In the literature some successful implementations of metaheuristic Genetic Algorithm (GA) can be found for classic routing problems such as the traveling salesman and vehicle routing problems with time windows. However, until recently, the same did not apply for the VRP. In this thesis we develop a genetic algorithm without trip delimiters, and hybridized with a local search procedure, for the solving the VRP, which is based on the work of Prins (2004). At any time, a chromosome can be converted into an optimal VRP solution (subject to chromosome sequence) by means of a splitting procedure, in which the chromosome sequence, representing a giant tour, is partitioned into feasible routes in terms of vehicle capacities. Starting with the procedure originally proposed Prins (2004), we then introduce new improvements in terms of the different components of the GA, aiming to obtain improved solutions. These include how we determine the initial population, different partitioning approaches, alternative reproduction (crossover) processes, a granular tabu mechanism similar to the one proposed by Toth and Vigo (2003 and, finally, in changes in the reinitialization process, aiming to reestablish diversity. Computational experiments are presented, based on the 14 classical Christofides instances for the VRP. The results show that the proposed improved versions of the GA allow us to obtain better solutions when compared to the original approach by Prins (2004).

Orientador: Flávio Keidi Miyazawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T14:13:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Azevedo_BrunoLuisPiresde_M.pdf: 1384772 bytes, checksum: 48aa7ca2380aaa03fd6375cb9b35aebc (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Nesta dissertação apresentamos um algoritmo exato para o Problema de Roteamento de Veículos Capacitados com Restrições Bidimensionais. Este combina o problema de carregar um conjunto de itens bidimensionais em veículos com o problema de minimizar o custo total de transporte. Existem várias aplicações práticas para este problema, dado que em muitas situações os itens não podem ser empilhados por diversas razões. Propomos um algoritmo exato baseado em uma abordagem branch-and-cut. Sete desigualdades válidas para o Problema de Roteamento de Veículos Capacitados foram adaptadas e utilizadas. As restrições de empacotamento são garantidas através de um algoritmo exato. Também apresentamos uma nova heurística de empacotamento bidimensional. Exploramos duas variantes do problema, as versões seqüencial e irrestrita. Para ambos os casos, consideramos os itens possuirem orientação fixa. Efetuamos testes computacionais e comparamos os resultados obtidos com a abordagem exata, para o caso seqüencial, apresentada por Iori, Salazar-González e Vigo. Observamos resultados satisfatórios e nove instâncias da literatura foram resolvidas à otimalidade pela primeira vez. Como o caso irrestrito ainda não havia sido abordado de modo exato, apresentamos também as soluções de cinqüenta instâncias nunca resolvidas à otimalidade / Abstract: We present an exact algorithm for the Vehicle Routing Problem with Two-dimensional Loading Constraints. This problem combines the problems of loading vehicles with two-dimensional items and minimizing transportation costs. It has many practical applications, since in many cases items can not be stacked on top of each other. We propose an exact algorithmbased on a branch-and-cut approach. Seven valid inequalities for the the Capacitated Vehicle Routing Problems were modified and used. The packing constraints are imposed by an exact algorithm. We also present a new heuristic for two-dimensional packing. We explored two variants of the problem, the sequential and the unrestricted cases. For both variants we assume the items to have fixed orientation. We performed computational tests and compared the results with the exact approach by Iori, Salazar-González and Vigo for the sequential case. We found the results to be satisfactory and nine instances from the literature were solved to optimality for the first time. Since the unrestricted case haven't been tested so far by an exact algorithm, we also present the solutions for fifty instances never solved to optimality before / Mestrado / Teoria da Computação / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Vinicius Amaral Armentano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T12:38:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Goraieb_Elias_M.pdf: 21259035 bytes, checksum: 5e5d4e69c800350a20727695a2f33647 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Este trabalho aborda o problema de roteamento de veículos com coleta e entrega, visando à minimização do número de veículos utilizado e a distância total percorrida. O pedido de serviço é atendido por um veículo na janela de tempo imposta pelo cliente, e envolve uma coleta na origem que precede a entrega no destino. A capacidade dos veículos é limitada e uma rota tem duração máxima. Um algoritmo de busca tabu é proposto para a resolução deste problema. Diversas estratégias avançadas são incorporadas ao algoritmo, tais como redução de vizinhança, diversificação da busca, e utilização da metodologia path relinking / Abstract: This work considers the vehicle routing problem with pickup and delivery with the objectives of minimizing the fleet size and the total traveI distance. Each service request is served by a vehicle within time windows imposed by the clients, and involves a pickup origin that precedes a delivery destination. The capacity of the vehicle and the total route duration are limited. A tabu search algorithm is proposed to solve this problem. Several advanced strategies are incorporated in the algorithm, such as neighborhood reduction, search diversification, and path relinking / Mestrado / Engenharia de Sistemas / Mestre em Engenharia Elétrica

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.

Orientador: Cid Carvalho de Souza / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T00:16:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Zilli_PetersonKatagiri_M.pdf: 1307926 bytes, checksum: 5fe0ddfca7cce84d9e26b66106d61e8b (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O Problema de Roteamento de Veículos (VRP, em inglês) foi proposto por Dantzig e Ramser em 1959 e, desde então, um grande número de artigos foi dedicado à solução de suas variantes. O problema original consiste em determinar rotas otimais que serão usadas por veículos de capacidade limitada para servirem a um conjunto de clientes. Neste trabalho focamos o estudo e a implementação dos modelos chamados de "ricos" na literatura, os quais englobam variantes complexas do VRP e conseguem representar situações mais próximas dos problemas logísticos encontrados em sistemas de distribuição reais. A principal motivação para esta pesquisa é uma aplicação prática referente ao problema de roteamento dos ônibus fretados pela UNICAMP para o transporte de seus funcionários, que se caracteriza como um modelo rico. O objetivo final é a otimização de tal processo através da minimização da distância total percorrida ou do número de veículos empregados, com a consequente redução dos gastos incorridos pela Universidade. Portanto, além do seu aspecto científico, esta dissertação produz resultados com chances reais de trazer benefícios à administração de uma instituição pública de ensino. Para que isto venha a ocorrer, as heurísticas desenvolvidas foram inseridas em um sistema de informações geográficas, que será usado pela universidade no processo de criação e otimização das rotas a serem licitadas publicamente / Abstract: The Vehicle Routing Problem (VRP) was first proposed by Dantzig and Ramser in 1959 and, since then, a large number of papers has been devoted to the solution of its variants. The original problem consists in determining an optimal set of routes to be used by vehicles of limited capacity that serve a set of customers. In this paper we focus on the study and implementation of models called "rich" in the literature, which include complex variants of the VRP that represent situations closer to the logistical problems encountered in real distribution systems. The main motivation for this research is a practical problem concerning the routing of buses chartered by UNICAMP for transporting a part of its employees, which is characterized as a rich model. The goal is to optimize this process by minimizing the total travel distance or the number of vehicles used, with a consequent reduction of the expenses incurred by the University. Therefore, in addition to its scientific aspect, this dissertation gives results with real chances to benefit the administration of a public university. For this to happen, the heuristics developed were entered into a geographic information system, which will be used by the university in the process of creation and optimization of routes to be publicly auctioned / Mestrado / Pesquisa Operacional / Mestre em Ciência da Computação

Orientador: Vinicius Amaral Armentano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T23:44:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Shiguemoto_AndreLuis_M.pdf: 3046317 bytes, checksum: c423cde2a2fa6c3581d15058afec5085 (MD5) Previous issue date: 2004 / Mestrado / Engenharia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] A natureza intrinsicamente combinatorial de muitos problemas advindos da área de logística de transportes, em especial aqueles que dizem respeito ao uso racional de frotas de veículos, sugere que boa parte dos mesmos pode ser formulada e resolvida como um problema de programação linear inteira. Contudo, a maioria dos algoritmos até o momento disponíveis não consegue encontrar, em tempos computacionais aceitáveis, a solução ótima para instâncias de porte razoável. O objeto de estudo desta tese é a exploração de técnicas mais recentes da área de programação linear inteira e suas aplicações a problemas de roteamento de veículos. A primeira parte da tese descreve, além das técnicas básicas de decomposição de problemas de programação linear e linear inteira e de geração de colunas, uma proposta de reformulação de problemas de programação linear inteira alternativa àquela que gera o tradicional problema mestre de Dantzig-Wolfe, geralmente utilizados em abordagens por geração de colunas. A resolução de problemas de programação linear inteira neste contexto é tratada em seguida, com a descrição do algoritmo branch-and-bound e das variações branch-and-cut, branch-and-price e branch-and-cut-and-price. Na segunda parte da tese, inicialmente, é apresentada a técnica denominada de Geração Projetada de Colunas e sua aplicação ao problema de Roteamento de Veículos com Restrição de Capacidade. Em seguida é abordada a resolução do problema de Roteamento de Veículos sobre Arcos, através de sua transformação ao primeiro problema citado e uso de um algoritmo branch-and- cut-and-price. Finalmente, é proposto um novo problema na área de redistribuição de veículos de aluguel, para o qual é proposta uma formulação segundo uma abordagem por geração de colunas. São apresentados, ainda, procedimentos para a geração de colunas e resultados computacionais obtidos com um algoritmo branch-and-price para essa formulação. / [en] Optimization techniques have an important role in Transportation Logistics. The combinatorial nature of the problems related to this area suggests integer programming as a natural approach to their resolution. Nevertheless there are many cases where even instances of reasonable size still beyond the resolution capability of the current known algorithms. The success of the known algorithms have therefore been limited. This can be justified by the fact the most of them leave important recent advances in the combinatorial optimization field unexplored. Some of these new techniques and their applications are the main subject of this thesis. In the first part, the basic decomposition techniques for linear and integer programming problems as well as the related column generation approach is addressed. This is followed by the presentation of a reformulation technique for linear and integer programming which is alternative to the well known Dantzig-Wolfe master program. The new possibilities coming from this approach are explored and the resulting consequences to the standard branch-and- bound algorithm and its variations branch-and-cut, branch-and- price and branchand- cut-and-price are presented. The second part of this text addresses the application of the metodologies described in part one to routing problems where capacity constraints are considered. First, a techinque named Projected Column Generation is described in the context of the Capacitated Vehicle Routing Problem. Then, it is presented a new transformation from the Capacitated Arc Routing Problem to the Capacitated Vehicle Routing Problem as well as a tailored branch-and-cut-and-price to solve this problem. Finally, a new problem in vehicle redistrubution is described together with a column generation approach for its resolution. Computational results for all applications are presented.

Context: The Vehicle Routing Problem is an NP-hard problem with a combination of varieties oftopics like logistics, optimization research and data mining. There is a vast need of vehicle routingsolutions in day to day like with different constraints. According to the requirements, this problem hasbeen a field of interest to a lot of researchers who incorporate scientific methods to combine andinnovate new solutions to optimize the routing. Being an np-hard problem, it is almost impossible tocompute the solutions to optimality but years of research on this area has paid off quite significantlyand the solutions are optimized little by little and better than before. Some applications may or maynot find slight difference in the performance as a considerable affect but some applications orscenarios heavily depend on the performance of the solution where it is very vital that the solution isoptimized to the fullest. As a data mining technique clustering has been used very prominently in caseof portioning scenarios and similarly it has also began to surface in implementing VRP solutions.Although it has recently emerged into the Vehicle Routing era and shown some significant results, ithas not yet come into an open state or awareness. The awareness regarding clustering matters in ahuge extent to be considered by most of the recent researchers who formulate new algorithms to solveVRP and help them further optimize their solution. Objectives: In this study the significance of clustering has been considered to find out how the usageof clustering techniques can alter the performance of VRP based solutions favorably. Then to test theresults of two recently proposed cluster based algorithms, a comparison has been made to other typesof algorithms which prove how the algorithms stand with various methods. Methods: A literature review is performed using various articles that have been gathered from GoogleScholar and then an empirical experiment was conducted on the results available in the papers. Thisexperiment was done by performing a comparative analysis. Results: For the literature review the results were gathered from all the articles based on theirresearch, experience, use of clustering and how their result was improved by using clustering methodsin their formulations. Considering the experiment, the results of both the algorithm were comparedwith the results of five other papers who aim to solve the VRP using exactly the same instances thatwere used in the two algorithms in order to compare valid results on the same variables. Then theresults were analyzed for the purpose of comparison and conclusions were drawn accordingly. Conclusions: From the research performed in this paper we can conclude the vast significance ofclustering techniques that were drawn based on practical test results of various authors. From theexperiment performed it is clear that the Hybrid algorithm has a much higher performance than anyother algorithm it has been compared to. This algorithm has also been proven to enhance itsperformance due to the implementation of clustering techniques in their formulation. Since the resultswere only based on performance that is, in this case the total distance of the final route, future studyindicates the implementation of algorithms to compare them on basis of time complexity and spacecomplexity as well.