Hacia la integración de la resincronización en el problema de programación por tipo de vehículo

In this paper, we propose an integer linear programming (ILP) aiming at optimizing timetabling generation and the Vehicle Type Scheduling Problem (VTSP), based on a time-space network (TSN). The model was defined as Vehicle Type Scheduling Problem with Sequential Changes of timetable (VTSP- SCT). Additionally, we developed a new methodology to insert time window to the proposed problem based on small changes on the TSN structure, with easy computational implementation and optimal solution at low computation run-times. By including small changes to the timetable and/or including time windows for timetabling trips, we introduced flexibility levels in the departure times of trips, resulting in operational advantages for the service provider. Since we use a very short time window interval, the current timetable is only slightly modified, minimally changing the passenger routines. The developed approaches were tested using random instances based on a Brazilian city. The VTSP-SCT with and without time windows have resulted in relevant savings in the daily operations of the public transportation service, reducing the required number of scheduled vehicles to carry out the historic demand.En este documento, proponemos una programación lineal entera (ILP) con el objetivo de optimizar la generación de horarios y el problema de programación de tipo de vehículo (VTSP), basado en una red de tiempo y espacio (TSN). El modelo se definió como un problema de programación de tipo de vehículo con cambios secuenciales de horario (VTSP-SCT). Además, desarrollamos una nueva metodología para insertar una ventana de tiempo al problema propuesto en base a pequeños cambios en la estructura TSN, con una implementación computacional sencilla y una solución óptima en tiempos de ejecución de computación bajos. Al incluir pequeños cambios en el cronograma y/o incluir ventanas de tiempo para programar viajes, introdujimos niveles de flexibilidad en los horarios de salida de los viajes, lo que resulta en ventajas operacionales para el proveedor del servicio. Dado que usamos un intervalo de ventana de tiempo muy corto, el horario actual solo se modifica ligeramente, cambiando mínimamente las rutinas de los pasajeros. Los enfoques desarrollados fueron probados usando instancias aleatorias basadas en una ciudad brasileña. El VTSP-SCT con y sin ventanas de tiempo ha resultado en ahorros relevantes en las operaciones diarias del servicio de transporte público, reduciendo el número requerido de vehículos programados para llevar a cabo la demanda histórica

Uma proposta para o problema de escalonamento de veículos sob o paradigma de queda de demanda

Este trabalho apresenta dois modelos diferentes para o problema de escalonamento de ônibus em sistemas de trânsito, considerando a perda de passageiros. Est pesquisa é motivad a a pela perda considerável na demanda por transporte de ônibus no Brasil nas últimas décadas. O principal objetivo dos modelos é permitir que os operadores de trânsito ajustem a frota dada a perda de passageiros. Ao agrupar as viagens dentro de pequenos intervalos de tempo no horário, o pico de demanda das viagens agrupadas é ajustado à frota, defi nindo uma atribuição de menor custo para uma demanda decrescente de passageiros. Dois diferentes agrupamentos foram criados, abordagens sequenciais e combinatórias, formuladas como modelos inteiros de programação linear. Devido à complexidade da última abo rdagem, um algoritmo baseado em geração de colunas foi projetado. Nós os comparamos entre si e com a solução do problema tradicional de programação de veículos, usando dados reais de uma empresa de transporte no sul do Brasil e grandes instâncias geradas a leatoriamente, considerando diferentes perfis de demanda e intervalos de viagem de agrupamento aceitáveis. Os resultados dos modelos permitiram economia no escalonamento de veículos, mantendo bons níveis de serviço aos passageiros. Os modelos provaram apoi ar a tomada de decisão no planejamento do transporte público, considerando diferentes cenários operacionais.This research work presents two different models for the bus scheduling problem in transit systems, considering loss in ridership. This research is motivated by the considerable loss in the demand for bus transport in Brazil in the last decades. The main objective of the models is to allow transit operators to adjust the fleet given loss of passengers. By grouping trips within small time intervals in the timetabling, the peak demand of the grouped trips is adjusted to the fleet, defining a lower cost assignment for a fallen demand of passengers. Two different groupings were devised, sequential and combinatorial approaches, formulated as integer linear programming models. Due to the complexity of the latter approach, a column generation based algorithm has been designed. We compared them with each other and with the solution of the traditional vehicle scheduling problem, using real world data from a transportation company in southern Brazil and large random generated instances, considering different demand profiles and acceptable grouping trip intervals. The results of models allowed savings in the vehicle scheduling, while keeping good service levels to passengers. The models proved to support decision making in the planning of public transport, considering diferente operational scenarios

Optimización de la programación de autobuses en rutas alimentadoras del Sistema de Transporte Masivo Megabus

La operación de un sistema de transporte público debe estar sustentada en un proceso de planeación constituido generalmente por cuatro etapas que son ejecutadas de forma secuencial, siendo considerado el producto de cada una como indiscutible insumo para el desarrollo de la siguiente. Las etapas son: i) el diseño de la red de rutas (Network Route Design), ii) la programación de los servicios para atender la demanda de usuarios (Time Table), iii) la programación de los autobuses para realizar los servicios definidos en la etapa anterior (Vehicle Scheduling) y iv) la programación de los conductores que cumplen con los itinerarios establecidos para los autobuses (Crew Scheduling). La literatura relacionada, aborda el problema de programación de autobuses con un objetivo general común (minimizar costos de operación), usando diferentes técnicas y teniendo en cuenta las condiciones de operación de acuerdo al sistema sobre el cual se resuelve el problema. Es así como, para sistemas de transporte de distintas ciudades del mundo, se usan técnicas heurísticas, metaheurísticas y exactas para abordar el problema de Vehicle Scheduling, teniendo en cuenta distintas variables como el tamaño y capacidad de la flota, kilómetros recorridos por fuera de la operación, tiempos de inactividad de los autobuses, entre otras. En el caso particular del Sistema Integrado de Transporte Masivo Megabus, se encuentran ineficiencias en el proceso de planeación de la operación, que resultan de los procesos de Time Table y Vehicle Scheduling y se ven representadas en mayores costos de operación y bajo aprovechamiento de la flota que ponen a disposición los concesionarios de operación. Esta situación es consecuencia de condiciones adoptadas para facilitar el desarrollo de ambas tareas en un único procedimiento y el control de la operación en estaciones e intercambiadores, pero que no permiten obtener resultados óptimos para la operación. En este trabajo de grado se revisó y analizó literatura relacionada con el problema de Vehicle Scheduling y se desarrolló un modelo de solución de acuerdo a las condiciones de operación de las rutas alimentadoras del sistema Megabus, buscando minimizar los costos operacionales y usando una formulación similar a la de un problema de empaquetamiento en una dimensión. Fueron considerados los costos asociados al uso de los autobuses, los tiempos de inactividad entre servicios y los cambios de ruta para un mismo vehículo. Como técnica de solución se utiliza el algoritmo genético (AG) modificado, propuesto por (Chu and Beasley, 1997). Los resultados obtenidos al suprimir condiciones actuales que generan ineficiencias y aplicando la solución propuesta en este trabajo de grado, logran reducir los costos operacionales totales. Sin embargo, es necesario generar procesos de optimización independientes para la etapa de Time Table, buscando así la reducción del costo operacional y los tiempos de espera de los usuarios, lo que no hace parte del alcance de este trabajo de grado

Integrated Forward and Reverse Logistics Network Design

Many manufacturers are moving towards green manufacturing. One of the actions for environment friendly manufacturing is collection of end-of-life products (EOL). EOL products are transported to the proper facilities for reprocessing or proper disposal. Movement of collected products is performed through reverse logistics networks. Reverse logistics networks may be designed independent of forward logistics networks, or as integrated networks, known as integrated forward and reverse logistics (IFRL) networks. Recent research shows that IFRL networks are more efficient than independent networks. In this work, we study a number of IFRL networks. We present a comprehensive mathematical model to represent an assignment and location-routing IFRL network. Afterwards, this model is decomposed into a number of sub-models that represent different IFRL networks. For each network we develop a solution methodology to solve practical size problems. Two sub-models based on the comprehensive model are presented to design two IFRL location-routing networks. The first network considers decision on the location to establish a disassembly plant. The second network considers decisions on the location to establish a manufacturing facility. For both networks, routing decisions are assigning customers to vehicles, and establishing vehicles’ routes. We develop two heuristic methods to solve the models. The heuristics are able to reach optimal or near optimal solutions in reasonable computational times. The vehicle routing problem with simultaneous pickup and delivery and time windows (VRPSPD-TW) is studied in this work. We use a sub-model of the comprehensive model to represent the problem. Classic heuristics and intelligent optimization or metaheuristics are widely used to solve similar problems. Therefore, we develop a heuristic method to solve the VRPSPD-TW. Results of the heuristic serve as initial solutions for a simulated annealing (SA) approach. For most tested problems, the SA approach is able to improve the heuristic solutions, and reach optimal solutions. Computational times are reasonable for the heuristic and SA. We also study the multi-depot vehicle routing problem with simultaneous pickup and delivery and time windows (MDVRPSPS-TW). A sub-model of the comprehensive model represents the problem. The network considers assignment of customers and vehicles to depots, assignment of customers to vehicles and routing of vehicles within customers’ time windows. We develop a 2-phase heuristic and a SA approach to solve the problem. Heuristic solutions serve as initial solutions for the SA approach. SA is able to reach optimum or near optimum solutions. Computational times are reasonable for the heuristic and S

Optimización de la programación de autobuses en rutas alimentadoras del Sistema de Transporte Masivo Megabus

La operación de un sistema de transporte público debe estar sustentada en un proceso de planeación constituido generalmente por cuatro etapas que son ejecutadas de forma secuencial, siendo considerado el producto de cada una como indiscutible insumo para el desarrollo de la siguiente. Las etapas son: i) el diseño de la red de rutas (Network Route Design), ii) la programación de los servicios para atender la demanda de usuarios (Time Table), iii) la programación de los autobuses para realizar los servicios definidos en la etapa anterior (Vehicle Scheduling) y iv) la programación de los conductores que cumplen con los itinerarios establecidos para los autobuses (Crew Scheduling). La literatura relacionada, aborda el problema de programación de autobuses con un objetivo general común (minimizar costos de operación), usando diferentes técnicas y teniendo en cuenta las condiciones de operación de acuerdo al sistema sobre el cual se resuelve el problema. Es así como, para sistemas de transporte de distintas ciudades del mundo, se usan técnicas heurísticas, metaheurísticas y exactas para abordar el problema de Vehicle Scheduling, teniendo en cuenta distintas variables como el tamaño y capacidad de la flota, kilómetros recorridos por fuera de la operación, tiempos de inactividad de los autobuses, entre otras. En el caso particular del Sistema Integrado de Transporte Masivo Megabus, se encuentran ineficiencias en el proceso de planeación de la operación, que resultan de los procesos de Time Table y Vehicle Scheduling y se ven representadas en mayores costos de operación y bajo aprovechamiento de la flota que ponen a disposición los concesionarios de operación. Esta situación es consecuencia de condiciones adoptadas para facilitar el desarrollo de ambas tareas en un único procedimiento y el control de la operación en estaciones e intercambiadores, pero que no permiten obtener resultados óptimos para la operación. En este trabajo de grado se revisó y analizó literatura relacionada con el problema de Vehicle Scheduling y se desarrolló un modelo de solución de acuerdo a las condiciones de operación de las rutas alimentadoras del sistema Megabus, buscando minimizar los costos operacionales y usando una formulación similar a la de un problema de empaquetamiento en una dimensión. Fueron considerados los costos asociados al uso de los autobuses, los tiempos de inactividad entre servicios y los cambios de ruta para un mismo vehículo. Como técnica de solución se utiliza el algoritmo genético (AG) modificado, propuesto por (Chu and Beasley, 1997). Los resultados obtenidos al suprimir condiciones actuales que generan ineficiencias y aplicando la solución propuesta en este trabajo de grado, logran reducir los costos operacionales totales. Sin embargo, es necesario generar procesos de optimización independientes para la etapa de Time Table, buscando así la reducción del costo operacional y los tiempos de espera de los usuarios, lo que no hace parte del alcance de este trabajo de grado

Ferramenta de suporte ao projeto de sistemas flexíveis de transporte público de passageiros

Tese de Doutoramento em Engenharia Industrial e de Sistemas.As áreas rurais, com densidades populacionais baixas, apresentam desafios à mobilidade das suas populações. Os serviços de transporte público regular têm-se mostrado ineficazes e ineficientes levando os operadores de transporte coletivo a reduzir a sua oferta e a diminuir a qualidade do serviço oferecido. Em alternativa aos serviços regulares de transporte, alguns estudos têm vindo a mostrar as vantagens da implementação de sistemas de transportes flexíveis, em particular, transportes a pedido (DRT - Demand Responsive Transport). No entanto, os principais resultados observados nos estudos realizados apontam para a existência de várias dificuldades para o sucesso dos DRTs (aspetos legais, organizacionais, financeiros, etc.), assim como para a inexistência de ferramentas de apoio capazes de auxiliar os decisores nas etapas do planeamento estratégico e tático, antes mesmo de proceder à sua implementação. No sentido de minorar ou colmatar as lacunas referidas, esta tese pretende contribuir para uma discussão abrangente destes sistemas de transporte e propor uma nova ferramenta de suporte ao projeto de sistemas DRT. A ferramenta proposta integra um sistema de apoio à decisão (SAD) concebido para estimar o desempenho operacional de diferentes configurações a implementar, permitindo optar pela melhor solução encontrada. O SAD é suportado por um modelo de simulação microscópica do funcionamento do sistema, e inclui métodos de solução para diferentes variantes do problema de otimização de rotas e escalas encontradas neste tipo de serviços de transporte, para além de uma framework para a avaliação da sustentabilidade das soluções. Na validação do SAD desenvolvido, utilizou-se um estudo de caso português. Os resultados dos testes efetuados permitiram evidenciar as potencialidades da ferramenta proposta. Adicionalmente, a avaliação da sustentabilidade da solução permitiu identificar a difícil sustentabilidade financeira deste tipo de sistemas, mas também as suas vantagens em termos sociais e ambientais que poderão justificar a sua adoção.Rural areas with low population densities, present challenges to mobility of their populations. The regular public transport services have proved quite ineffective and inefficient leading transport operators to reduce their supply and their services quality. As an alternative to regular services, some studies have come to show the advantages of the implementation of flexible transport systems, as demand responsive transport (DRT). However, the main results obtained in the studies scope point both to the existence of different types of difficulties to the DRTs success (legal, organizational, financial aspects, etc.), and the lack of supporting tools that can assist decision makers in both strategic and tactical planning, even before proceeding to implement. In order to overcome these shortcomings, this thesis intends to discuss broadly these transport systems and to present a new tool to support the design of DRT systems. The proposed tool integrates a decision support system (DSS) specifically designed to assess the operating performance of different alternative system configurations to be implemented, allowing to choose the best solution found. The DSS is supported by a microscopic simulation model of the system operation, and even includes solution methods for different variants of the vehicle routing problem found in this type of transportation services, furthermore a framework to evaluate the solutions sustainability. To validate the developed DSS, we used a Portuguese case study. The test results allowed highlighting the DSS potentialities. Additionally, the solution sustainability assessment identified the hard financial self-sustaining of this type of systems, but also their advantages in both social and environmental impact that will probably be sufficient to justify its implementation.Fundação para a Ciência e Tecnologia SFRH/BD/60776/2009