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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2006.tde-05092006-145756
Documento
Autor
Nome completo
Patrícia Prado Belfiore
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2005
Orientador
Banca examinadora
Yoshizaki, Hugo Tsugunobu Yoshida (Presidente)
Armentano, Vinicius Amaral
Cunha, Claudio Barbieri da
Morabito Neto, Reinaldo
Ronconi, Debora Pretti
Título em português
Scatter Search para problemas de roterização de veículos com frota heterogênea, janelas de tempo e entregas fracionadas.
Palavras-chave em português
heurística
pesquisa operacional
roteirização
varejo
Resumo em português
Esta tese estuda a implementação de heurísticas e da metaheurística scatter search (SS) em um problema de roteirização de veículos com frota heterogênea, janelas de tempo e entregas fracionadas (Heterogeneous Fleet Vehicle Routing Problem with Time Windows and Split Deliveries – HFVRPTWSD). O HFVRPTWSD é uma combinação do problema de roteirização com frota heterogênea (HFVRP), problema de roteirização de veículos com janelas de tempo (VRPTW) e problema de roteirização com entregas fracionadas (VRPSD). O problema é baseado em um único depósito, a demanda dos clientes pode ser maior que a capacidade dos veículos e, além das restrições de janelas de tempo, há também restrições de capacidade dos veículos e restrições quanto ao tipo de veículo. O VRPSD foi introduzido na literatura por Dror e Trudeau em 1989. No problema de roteirização de veículos com entregas fracionadas, cada cliente pode ser abastecido por mais de um veículo, enquanto no problema clássico de roteirização de veículos (VRP), cada cliente é atendido por um único veículo. Desta forma, para o VRPSD, além dos roteiros de entrega, deve-se determinar a quantidade entregue a cada cliente em cada veículo. Todos os problemas de roteirização com entregas fracionadas encontrados na literatura (VRPSD e suas extensões) têm como característica frota homogênea. O problema estudado neste trabalho difere, portanto, de todos os problemas de roteirização com entregas fracionadas da literatura, pois tem, como característica, frota heterogênea. O mesmo raciocínio vale para problemas de roteirização de veículos com frota heterogênea. Os modelos são aplicados em uma rede de varejo no Brasil que é abastecida a partir de um centro de distribuição. A rede compõe um total de 519 lojas distribuídas em 12 estados do país. As heurísticas e a metaheurística scatter search também são aplicadas em três conjuntos de problemas encontrados na literatura (SOLOMON, 1987; HO E HAUGLAND, 2004; LIU E SHEN, 1999), com o objetivo de avaliar o desempenho dos algoritmos para cada problema. O problema consiste em determinar, a cada dia, como alocar os caminhões às lojas, a quantidade de carga em cada caminhão a ser entregue em cada uma das lojas, qual o melhor roteiro e o tempo de início de atendimento do primeiro cliente da rota, de forma a minimizar o custo total de distribuição, garantindo que a demanda das lojas seja atendida e as demais restrições do problema sejam respeitadas. Para a resolução do VRPSD e suas extensões, a única metaheurística encontrada na literatura foi busca tabu. Para o problema de roteirização com frota heterogênea e suas extensões, foram implementadas apenas as metaheurísticas busca tabu e BATA (Back-Tracking Adaptative Threshold Accepting). As estratégias de solução propostas no presente trabalho consistem na implementação de heurísticas construtivas e da metaheurística scatter search. As soluções iniciais de SS são obtidas através da implementação de quatro heurísticas construtivas: heurística de economias, heurística de inserção seqüencial baseada nas idéias de Solomon (1987), heurística de inserção seqüencial baseada nas idéias de Ho e Haugland (2004) e adaptação da heurística de inserção seqüencial de Dullaert et al. (2002). Para o caso real, foi possível uma redução no custo total da frota comparado com a solução atual da empresa. Para algumas instâncias dos três conjuntos de problemas da literatura, os algoritmos apresentaram resultados similares ou superiores às melhores soluções encontradas.
Título em inglês
Scatter search for Heterogeneous Fleet vehicle routing problem with Time Windows and Split Deliveries.
Palavras-chave em inglês
heuristic
operational research
retail
routing
Resumo em inglês
This thesis studies the implementation of heuristics and scatter search (SS) metaheuristic in a Heterogeneous Fleet Vehicle Routing Problem with Time Windows and Split Deliveries (HFVRPTWSD). The HFVRPTWSD is a combination of Heterogeneous Fleet Vehicle Routing Problem (HFVRP), Vehicle Routing Problem with Time Windows (VRPTW) and Vehicle Routing Problem with Split Deliveries (VRPSD). The problem is based in a single depot, the demand of each client can be greater than the vehicle’s capacity and beyond the time windows constraints, and there are also constraints on the vehicle capacity and vehicles type. The VRPSD was introduced in the literature by Dror e Trudeau in 1989. In the split deliveries vehicle routing problem, each client can be supplied by more than one vehicle; while in a classic vehicle routing problem (VRP) each client is supplied by only one vehicle. Thus, for the VRPSD, besides the delivery routes, the amount to be delivered to each client in each vehicle must also be determined. All the split delivery vehicle routing problems researched in the literature (VRPSD and its extensions) have as a characteristic the homogeneous fleet. Therefore, the problem studied differs from the split deliveries vehicle routing problems of the literature because it has a heterogeneous fleet. The same reasoning can be applied in heterogeneous fleet vehicle routing problem. The models will be applied in a retail market in Brazil that is supplied by a distribution center. The market has 519 stores distributed in 12 Brazilian states. The heuristics and the scatter search metaheuristic will also be applied in three benchmark problems (SOLOMON, 1987; HO AND HAUGLAND, 2004; LIU AND SHEN, 1999), aiming to evaluate the design of the algorithms for each problem. The problem consists in determining, each day, how to allocate the trucks to the stores, the amount to be delivered in each truck to each client, which one is the best route and the initial time for attending the first client, with the aim of minimizing the total distribution cost, attending the clients’ demand and respecting all the problem’s constraints. For the VRPSD and its extensions, the only metaheuristic implemented in the literature was tabu search. For the heterogeneous fleet vehicle routing problem and its extensions, only the tabu search and BATA (Back-Tracking Adaptative Threshold Accepting) metaheuristics have been implemented. The strategies proposed here consist in the implementation of constructive heuristics and the scatter search metaheuristic. The initial solutions of SS are obtained with the implementation of four constructive heuristics: saving heuristics, sequential insertion heuristic based on the ideas of Solomon (1987), sequential insertion heuristic based on the ideas of Ho e Haugland (2004) and adaptation of the sequential insertion heuristic of Dullaert et al. (2002). For the real case, it was possible to reduce the total fleet cost, when comparing to the actual solution. At some instances of the three benchmark problems, the algorithms presented similar or better results when compared to the best solutions in the literature.
 
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Data de Publicação
2006-09-13
 
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