An online packing heuristic for the three-dimensional container loading problem in dynamic environments and the Physical Internet

In this paper, we consider the online three-dimensional container loading problem. We develop a novel online packing algorithm to solve the three-dimensional bin packing problem in the online case where items are not know well in advance and they have to be packed in real-time when they ar-rive. This is relevant in many real-world scenarios such as automated cargo loading in warehouses. This is also relevant in the new logistics model of Physical Internet. The effectiveness of the online packing heuristic is evalu-ated on a set of generated data. The experimental results show that the algo-rithm could solve the 3D container loading problems in online fashion and is competitive against other algorithms both in the terms of running time, space utilization and number of bins

Optimasi Penggunaan Kontainer dengan Algoritma Hill-Climbing

Problems that often happen is the charge that would like included in the container exceeds or is far less than the maximum volume of container space. In the case of the process of door to door or door to port, overloaded force clients should reduce the number of items that must be sent in order to fit with container capacity. While less than the maximum load that makes a lot of wasted container space volume that causes the client to fill it with stuff that does not exist in the delivery plan or let it remain fully charged with the costs of ineffective. The purpose of this field study is to maximize the use of volume of space in the container with the method of hill-climbing algorithm and utilize software programs created with Microsoft Visual Basic 6.0. Processing the data shows that during the delivery of goods, the utilization rate of container volume ranges from 44.185% to 72.630%. By using optimization calculation based on hill-climbing algorithm in the program made, the utilization rate of container volume can be optimized from the original 66.563% to 91.895% with an increase of 25.332%.Keywords: Supply Chain, Hill-Climbing Algorithm, Optimizatio

Um modelo matemático exato para o problema de carregamento de contêineres com restrição de carregamento completo de grupos de itens

Este trabalho apresenta um modelo de programação linear inteira mista que visa carregar, de modo ortogonal, um subconjunto de caixas retangulares no interior de um número limitado de contêineres de dimensões idênticas, maximizando o número de itens carregados. Com base em propostas realizadas anteriormente na literatura, a formulação matemática descrita deste trabalho considera a restrição adicional de carregamento completo de grupo de caixas. Embora seja comum em situações reais, esta consideração prática raramente é abordada em trabalhos correlatos. Conjuntos de teste adaptados da literatura foram utilizados para avaliar o desempenho computacional da formulação matemática proposta, e um software de otimização foi empregado para a resolução dos modelos gerados. Os resultados obtidos mostram que, embora a proposta apresentada se limite a resolver otimamente problemas cuja complexidade é moderada, o mesmo descreve as considerações tratadas de modo apropriado, podendo servir de estímulo para a realização de novas pesquisas envolvendo problemas de carregamento de contêinere

Container Loading Problems: A State-of-the-Art Review

Container loading is a pivotal function for operating supply chains efficiently. Underperformance results in unnecessary costs (e.g. cost of additional containers to be shipped) and in an unsatisfactory customer service (e.g. violation of deadlines agreed to or set by clients). Thus, it is not surprising that container loading problems have been dealt with frequently in the operations research literature. It has been claimed though that the proposed approaches are of limited practical value since they do not pay enough attention to constraints encountered in practice.In this paper, a review of the state-of-the-art in the field of container loading will be given. We will identify factors which - from a practical point of view - need to be considered when dealing with container loading problems and we will analyze whether and how these factors are represented in methods for the solution of such problems. Modeling approaches, as well as exact and heuristic algorithms will be reviewed. This will allow for assessing the practical relevance of the research which has been carried out in the field. We will also mention several issues which have not been dealt with satisfactorily so far and give an outlook on future research opportunities

A physical packing sequence algorithm for the container loading problem with static mechanical equilibrium conditions

The container loading problem (CLP) is a combinatorial optimization problem for the spatial arrangement of cargo inside containers so as to maximize the usage of space. The algorithms for this problem are of limited practical applicability if real-world constraints are not considered, one of the most important of which is deemed to be stability. This paper addresses static stability, as opposed to dynamic stability, looking at the stability of the cargo during container loading. This paper proposes two algorithms. The first is a static stability algorithm based on static mechanical equilibrium conditions that can be used as a stability evaluation function embedded in CLP algorithms (e.g. constructive heuristics, metaheuristics). The second proposed algorithm is a physical packing sequence algorithm that, given a container loading arrangement, generates the actual sequence by which each box is placed inside the container, considering static stability and loading operation efficiency constraints

グリーンロジスティクスのためのコンテナ積載と配車配送経路の最適化に関する研究

京都大学0048新制・課程博士博士(工学)甲第16840号工博第3561号新制||工||1538(附属図書館)29515京都大学大学院工学研究科機械理工学専攻(主査)教授 椹木 哲夫, 教授 西脇 眞二, 教授 松原 厚学位規則第4条第1項該当Doctor of Philosophy (Engineering)Kyoto UniversityDFA

Resolução do problema de carregamento de container e de roteamento de veículos utilizando algoritimos genéticos

Resumo: Esta dissertação aborda uma proposta de metodologia de resolução de um problema de entregas que abrange a integração de dois problemas clássicos de Otimização Combinatória: o Problema de Carregamento de Container (PCC) e o Problema de Roteamento de Veículos (PRV). O problema específico analizado está na logística empregada no carregamento e entrega de eletrodomésticos (linha branca) vendidos à pessoa física. Para representar esta situação, assume-se um cenário fictício em que a empresa que vende os produtos possui um Centro de Distribuição de Produtos (CD) localizado na cidade de Curitiba e uma lista de doze possíveis produtos a serem vendidos. A partir desta lista foram gerados 160 pedidos diferentes para serem entregues em vinte endereços aleatórios localizados também na cidade de Curitiba. Para a resolução deste problema, apresenta-se uma metodologia baseada em formação de torres de caixas e um Algoritmo Bottom-Left para realizar o carregamento dos pedidos no compartimento de carga dos veículos e um Algoritmo Genético para realizar a otimização evolutiva da solução até que se encontre uma solução suficientemente próxima à solução ótima do problema, buscando diminuir, a cada geração, a distância total percorrida pelos veículos de entrega. Para demonstração e utilização desta metodologia, apresenta-se uma implementação dos algoritmos e técnicas de pesquisa operacional descritos acima para a resolução desenvolvida em linguagem de programação Microsoft Visual Basic. Utilizando-se esta implementação e o cenário construído para testes, obteve-se bons resultados em relação à distância total percorrida pelos veículos de entrega, com redução de 25% a 45% em relação às soluções iniciais aleatórias, sendo que em alguns casos, esta melhoria alcançou até 60%

Um modelo matemático para o problema de carregamento de múltiplos contêineres

Orientador : Prof. Dr. Cassius Tadeu ScarpinDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 27/02/2015Inclui referências : f.73-81Resumo: Este trabalho apresenta um modelo de Programação Linear Inteira que visa carregar, de modo ortogonal e sem sobreposição, um subconjunto de caixas retangulares no interior de contêineres, de modo a minimizar o espaço não utilizado dos contêineres selecionados. Com base em propostas realizadas anteriormente na literatura, a formulação matemática descrita neste trabalho considera as restrições de limitação de peso do contêiner, orientação das caixas e estabilidade vertical da carga, além de utilizar uma técnica heurística para realizar o pré-processamento dos dados. Tanto conjuntos de teste gerados aleatoriamente quanto da literatura foram utilizados para avaliar o desempenho computacional da formulação matemática proposta, e um software de otimização foi empregado para a resolução dos modelos gerados. A análise dos resultados obtidos permite concluir que a proposta gera resultados satisfatórios, com padrões de carregamento que atendem as restrições abordadas neste trabalho, dentro de um limite de tempo estabelecido para a execução dos testes. Palavras-chave: Matemática Discreta e Combinatória. Programação Linear Inteira. Modelagem Matemática. Problemas de Corte e Empacotamento. Carregamento de Contêineres.Abstract: This work presents an Integer Linear Programming model that aims loading, orthogonally and without overlap, a subset of rectangular boxes inside containers, in order to minimize the idle space of the selected containers. Based on proposals previously made in the literature, the mathematical formulation described in this work regards the restrictions of weight limit of the container, box orientation and vertical stability of the load, and also uses a heuristic technique to preprocess the data. Both randomly generated sets of trials and ones from literature were used to evaluate the computational performance of the proposed mathematical formulation, and an optimization software was employed for the resolution of the generated models. The analysis of the obtained results allow the conclusion that the proposition generates satisfactory results, with loading patterns that meet the restrictions addressed in this work within a time limit set for the tests. Keywords: Discrete and Combinatorial Mathematics. Integer Linear Programming. Mathematical Modeling. Cutting and Packing Problems. Container Loading

OPTIMIZATION OF CONTAINER STORAGE ALLOCATION FOR MINIMISING STOWAGE TIME

U doktorskom radu istražen je problem rasporeda tereta na brodovima za prijevoz kontejnera, a da se pri tome zadovolji što kraći boravak broda u luci uzimajući u obzir čimbenike koji uvjetuju raspored kontejnera. Optimizacija samog procesa temelji se na uspostavljenom modelu krcanja i slaganja tereta uvođenjem unaprijed definiranog vremena iskrcaja pojedinog kontejnera s obzirom na njegovu poziciju na brodu. U modelu su ujedno uspostavljena dva dodatna optimizacijska kriterija: optimizacija plana tereta za luke unutar regionalnog lučkog sustava te optimizacija plana sa željenim trimom u funkciji smanjenja troškova putovanja u određenom kontejnerskom linijskom servisu. Rezultati istraživanja baziraju se na razvoju modela kojim se dobiva raspored tereta na brodu kao i na uspostavi algoritma prekrcajnoga procesa. Optimizacijski proces temelji se na uspostavljenoj objektnoj funkciji cilja, razvoju matematičkog modela te njegove transformacije u programski kod. Za izradu optimalnog plana krcanja i slaganja tereta primijenio se genetski algoritam kao metaheuristička metoda optimiziranja koja se inače koristi za rješavanje različitih problema iz inženjerske prakse. U ovome radu model je testiran prema planu stvarnog kontejnerskog linijskog servisa za referentni brod. Dobiveno rješenje kroz proces genetskog algoritma konkurentno je stvarnom planu krcanja i slaganja dobivenog od planera na terminalu. Rezultati testiranja pokazuju da je ostvarenom optimizacijom u teoretskom i funkcionalnom smislu skraćen prekrcajni proces u funkciji kraćeg boravka broda u luci te su smanjeni ukupni troškovi putovanja kroz potrošnju goriva u pomorskom plovidbenom procesu. Optimizacija rasporeda tereta na kontejnerskim brodovima direktno udovoljava zahtjevima brodara za realizaciju osnovnog principa racionalnog poslovanja. Uspostavljeni model optimizacije ujedno je ostvario očekivani doprinos u aplikativnom smislu samim ubrzavanjem procesa donošenja odluke planerima, te se ujedno povećala efikasnost uz manji postotak ljudske pogreške. Time operativni planer ili bilo koji drugi sudionik procesa ima isključivo ulogu kontrole dobivenog plana rasporeda kontejnera, ali ne i samog planiranja.The PhD thesis has investigated the container allocation problem (CAP) on board container vessels with the aim of reducing the vessel’s laytime by taking into consideration the factors which influence the stowage arrangement of containers. Optimization of this process is based on the established cargo stowage model and enhanced by the introduction of the predefined time of discharge for each container in regard to its position on board. This model has also established two additional optimization criteria: cargo optimization plan for ports within the Multi-port gateway regions and optimization of trim planning in order to reduce the voyage cost in a container liner service. The results of the research are based on the development of the model which provides the cargo arrangement outline on board as well as the loading and discharging algorithm. Optimization process is based on the objective function of the aim, development of the mathematical model and its translation into a program code. In order to create an optimal cargo stowage plan, a metaheuristic genetic algorithm was applied since this type of algorithm is typically used as a powerful tool in solving various problems in engineering practice. The model was tested according to a cargo stowage plan of an actual container liner service for a reference vessel. Solution acquired through the process of metaheuristic genetic algorithm application is shown to be competitive with the actual cargo stowage plan obtained from the terminal cargo planner. The results show that the optimization achieved both in theoretical and functional sense shortens the time required for loading and discharging, thus reducing the vessel’s laytime, fuel consumption and the overall cost of the voyage. Optimizing container allocation on board container vessels directly meets the requirements of shipping companies pertaining to the realization of the basic principle of rational operation. The established optimization model has simultaneously made an expected contribution application wise by speeding up the decision making process of the planners, thus increasing efficiency and reducing human error. As a result, an operative cargo planner or any other participant in the process only controls the application of the plan, but not the planning itself