Thirty years of heterogeneous vehicle routing

It has been around thirty years since the heterogeneous vehicle routing problem was introduced, and significant progress has since been made on this problem and its variants. The aim of this survey paper is to classify and review the literature on heterogeneous vehicle routing problems. The paper also presents a comparative analysis of the metaheuristic algorithms that have been proposed for these problems

Revisión del estado del arte del problema de ruteo de vehículos con recogida y entrega (VRPPD)

This paper presents a literature review of the state of the art vehicle routing problem with deliveries and collections (VRPPD: Vehicle Routing Problem with pickups and deliveries). Is performed a classification of the different variants of the problem, and the work and conducted research on the subject according to its authors, according to the models and the solution methods used. Also are analyzed future trends in modeling and solution techniques. The VRPPD is a problem of type MILP (Mixed Integer Linear Programming) involving whole and continuous quantities, and that turns out to be NP-Hard problems with a medium or large number of customers. The research does emphasis on variants of the problem involving variables associated with the environment, and in particular reducing the impact of greenhouse gases. The review notes that published until 2016.En este trabajo se realiza una revisión bibliográfica del estado del arte del problema de ruteo de vehículos con entregas y recogidas (VRPPD: Vehicle routing problem with pickups and deliveries). Se presenta una clasificación de las diferentes variantes del problema, y de los trabajos e investigaciones realizados sobre el tema según sus autores, los modelos utilizados y los métodos de solución usados. También se analizan las tendencias futuras en modelamiento y técnicas de solución. El VRPPD es un problema del tipo MILP (programación lineal entera mixta) que involucra cantidades enteras y continuas, y que resulta ser NP-Hard en problemas con un número mediano o grande de clientes. En la búsqueda se hace énfasis en las variantes del problema que involucran variables asociadas al medio ambiente, y en particular con la reducción del impacto de gases de efecto invernadero. La revisión observa lo publicado hasta el año 2016

Improvements on Column-Generation-Based Algorithms for Vehicle Routing and Other Combinatorial Problems

RÉSUMÉ : Plusieurs applications dans le contexte de la logistique et de la planification de la production peuvent être modélisées comme des problèmes d’optimisation combinatoire (POC). En particulier,l’un des problèmes les plus étudiés dans ce domaine est le problème de tournées de véhicules (PTV). Le PTV consiste à trouver des tournées de véhicules qui minimisent le coût total de transport pour visiter un ensemble de clients, de telle sorte que leur demande soit complètement satisfaite en une seule visite, et que la capacité des véhicules ne soit jamais dépassée. Présentement, la principale méthode de résolution exacte pour les PTVs est la génération de colonnes. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’étude des algorithmes de génération de colonnes et proposons de nouvelles idées pour améliorer leur efficacité. Dans le Chapitre 4, nous présentons une revue de littérature très exhaustive dans laquelle nous mettons en évidence les principales contributions algorithmiques et de modélisation apportées au cours des dernières années dans la cadre du développent des algorithmes de génération de colonnes et de plans coupants intégrés à des méthodes d’énumération implicite pour le PTV. Notre étude est divisée en deux parties principales. Dans la première partie, nous présentons des aspects qui peuvent s’appliquer à la plupart des variantes de PTV, à savoir : des algorithmes de résolution du sous-problème de la génération de colonnes, la séparation de plans coupants, les stratégies de branchement et la stabilisation des variables duales dans le problème-maître. La deuxième partie est dédiée à la résolution de problèmes spécifiques. Dans cette partie, nous discutons comment les spécificités de chaque problème peuvent êtres traitées lors du développement des algorithmes d’énumération implicite combinant génération de colonnes et plans coupants. On étude les attributs suivants : l’existence d’une flotte hétérogène et des dépôts multiples, la considération de fenêtres de temps souples chez les clients, la possibilité d’effectuer des livraisons fractionnées, les coûts dépendant du temps, la réalisation de cueillettes et livraisons, la présence d’incertitude dans les données et des aspects environnementaux. Dans le Chapitre 5, nous proposons un algorithme sélectif pour résoudre des sous-problèmes de la génération de colonnes afin de générer des routes relaxées de type arc-ng. Notre méthode considère une généralisation de la dominance par ensemble proposée par Bulhões et al. [1]. Les résultats numériques obtenus sur des instances du PTV avec fenêtres de temps montrent que le nouveau mécanisme aide à réduire le nombre d’étiquettes non-dominées dans l’algorithme d’étiquetage utilisé pour résoudre le sous-problème et, par conséquent, le temps de calcul. Enfin, dans le Chapitre 6, nous présentons une nouvelle méthode de stabilisation pour des POCs avec des structures qui favorisent l’parution de dégénérescence. Le nouvel algorithme de stabilisation, appelé dyn-SAR, est basé sur la séparation dynamique de contraintes agrégées, qui sont obtenues en additionnant des contraintes du problème maître de génération de colonnes. L’effet de stabilisation induit par dyn-SAR provient des fortes interactions qui surviennent entre les variables duales, ce qui n’est pas observé lors de la résolution explicite d’une formulation de partition d’ensemble (recouvrement / empaquetage). L’intérêt principal pour l’utilisation du dyn-SAR est dû à sa simplicité et généralité. Ce dernier aspect est confirmé dans nos expériences, où nous considérons des problèmes dont la fonction objectif et le sous-problème de génération de colonnes sont considérablement différents. Les résultats numériques montrent un avantage important du dyn-SAR par rapport à une méthode de génération de colonnes standard en termes de nombre d’itérations et de temps de calcul.----------ABSTRACT : Several applications arising in the context of logistics and production planning can be modeled as combinatorial optimization problems (COPs). In particular, one of the most studied problems in this field is the vehicle routing problem (VRP). The VRP is the problem of finding least-cost routes to visit a set of customers in such a way that their demand is completely satisfied in a single visit, and the capacity of vehicles is not exceeded. Nowadays, the leading exact method to cope with different classes of VRPs is column generation (CG). In this thesis, we are interested in studying CG algorithms and propose new ideas to enhance their efficiency. In Chapter 4, we present a methodological survey in which we highlight and discuss the main algorithmic and modeling contributions made over the years in the context of branch-priceand-cut methods for VRPs. Our study is divided into two main parts. In the first part, we discuss topics that may apply to most VRPs variants, namely: pricing algorithms, cut separation, branching strategies, and dual variable stabilization. The second part is more problem-oriented and describes how aspects such as heterogeneous fleet, multi-depots, soft time windows, split deliveries, time dependency, pickups and deliveries, uncertainty, and environmental aspects can be handled in devising branch-price-and-cut algorithms. In Chapter 5, we propose a selective pricing algorithm to solve pricing subproblems defined in terms of arc-ng-route relaxations. Our method extends the set-based dominance rule proposed by Bulhões et al. [1], making it more general and stronger. Computational experiments performed over instances of the VRP with time windows show that the proposed mechanism helps in reducing the number of non-dominated labels kept by the labeling algorithm and, as a consequence, the CPU time. Finally, in Chapter 6, we develop a new stabilization framework to tackle COPs with degenerate structures. The new stabilization method, called dyn-SAR, relies on the dynamic separation of aggregated constraints, which are obtained by summing up constraints from the CG master problem. The stabilization effect induced by dyn-SAR is due to strong interactions that arise from dual variables, which is not observed when solving explicitly a set-partitioning (covering/packing) formulation. The main interests in using the dyn-SAR method are its simplicity and generality. The latter aspect is confirmed in our experiments, where we solve instances from problems differing considerably in their objective function and pricing subproblem. Numerical results show a clear advantage of dyn-SAR over a standard CG method in terms of both the number of iterations and running time

Optimization models and methods for transportation services

Managing transportation services efficiently is essential to both public and private sectors. This dissertation addresses three scheduling problems in modern transportation systems: the network design problem, the train dispatching problem, and the service route design problem. The transportation network design problem with service requirements designs arcs on a directed network and route commodities on the designed arcs so that i) commodities satisfy service requirements and ii) the total cost is minimized. We develop three mathematical programming models: a compact but weak arc-flow formulation, a large but strong path-flow formulation, and a hybrid formulation that uses both the arc-flow and the path-flow representations. We show that the hybrid formulation can significantly strengthen the LP formulation without introducing many variables. To find a good hybrid formulation, we develop columnization and decolumnization algorithms that uses the LP relaxation information to identify commodities that should use the path-flow representation. We also develop valid inequalities for commodities using the path-flow representation. The train dispatching problem schedules the movements of trains on scarce railroad tracks so as to improve the average velocity of trains. We develop a mathematical programming model and strengthen the model using valid inequalities. Besides, we present a heuristic to find a feasible solution quickly, which can serve as the warm-start solution to the MIP solver. For the third problem, we seek to design vehicle routes to deliver and pickup orders for a major grocery chain. We design a GRASP that can incorporate various operational requirements, including warehouse loading capacity, loading sequence, time window requirements, truck volume and weight capacities, and driver time limits. Our GRASP procedure consists of two phases: the solution construction (Phase I) and the Tabu search (Phase II). We show that the neighborhood structure of solutions is highly degenerate, which limits the solution space explored by the Tabu search. We apply the Tabu search with random variable neighborhood to increase the solution space explored.Operations Research and Industrial Engineerin

The dial-a-ride problem with electric vehicles and battery swapping stations

The Dial-a-Ride Problem (DARP) consists of designing vehicle routes and schedules for customers with special needs and/or disabilities. The DARP with Electric Vehicles and battery swapping stations (DARP-EV) concerns scheduling a fleet of EVs to serve a set of pre-specified transport requests during a certain planning horizon. In addition, EVs can be recharged by swapping their batteries with charged ones from any battery-swap stations. We propose three enhanced Evolutionary Variable Neighborhood Search (EVO-VNS) algorithms to solve the DARP-EV. Extensive computational experiments highlight the relevance of the problem and confirm the efficiency of the proposed EVO-VNS algorithms in producing high quality solutions

High-level Architecture and Compelling Technologies for an Advanced Web-based Vehicle Routing and Scheduling System for Urban Freight Transportation

The search for a more efficient routing and scheduling, the improvement of service’s level and the increasing complexity of real-world distributive contexts are contingent variables that generate the need for a system’s architecture that may be holistic, innovative, scalable and reliable. Hence, new technologies and a lucid awareness of involved actors and infrastructures, provide the basis to create a more efficient routing and scheduling architecture for enterprises