26 research outputs found

    Solving the bi-objective capacitated p -median problem with multilevel capacities using compromise programming and VNS

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    This is the author accepted manuscript. The final version is available from Wiley via the DOI in this record.A bi‐objective optimisation using a compromise programming (CP) approach is proposed for the capacitated p‐median problem (CPMP) in the presence of the fixed cost of opening facility and several possible capacities that can be used by potential facilities. As the sum of distances between customers and their facilities and the total fixed cost for opening facilities are important aspects, the model is proposed to deal with those conflicting objectives. We develop a mathematical model using integer linear programming (ILP) to determine the optimal location of open facilities with their optimal capacity. Two approaches are designed to deal with the bi‐objective CPMP, namely CP with an exact method and with a variable neighbourhood search (VNS) based matheuristic. New sets of generated instances are used to evaluate the performance of the proposed approaches. The computational experiments show that the proposed approaches produce interesting results

    Solving the bi-objective capacitated p-median problem with multilevel capacities using compromise programming and VNS

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    A bi-objective optimisation using a compromise programming (CP) approach is proposed for the capacitated p-median problem (CPMP) in the presence of the fixed cost of opening facility and several possible capacities that can be used by potential facilities. As the sum of distances between customers and their facilities and the total fixed cost for opening facilities are important aspects, the model is proposed to deal with those conflicting objectives. We develop a mathematical model using integer linear programming (ILP) to determine the optimal location of open facilities with their optimal capacity. Two approaches are designed to deal with the bi-objective CPMP, namely CP with an exact method and with a variable neighbourhood search (VNS) based matheuristic. New sets of generated instances are used to evaluate the performance of the proposed approaches. The computational experiments show that the proposed approaches produce interesting results

    A simulation-based optimisation for the stochastic green capacitated p-median problem

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    Purpose: This paper aims to propose a new model called the stochastic green capacitated p-median problem with a simulation-based optimisation approach. An integer linear programming mathematical model is built considering the total emission produced by vehicles and the uncertain parameters including the travel cost for a vehicle to travel from a particular facility to a customer and the amount of CO2 emissions produced. We also develop a simulation-based optimisation algorithm for solving the problem. Design/methodology/approach: The authors proposed new algorithms to solve the problem. The proposed algorithm is a hybridisation of Monte Carlo simulation and a Variable Neighbourhood Search matheuristic. The proposed model and method are evaluated using instances that are available in the literature. Findings: Based on the results produced by the computational experiments, the developed approach can obtain interesting results. The obtained results display that the proposed method can solve the problems within a short computational time and the solutions produced have good quality (small deviations). Originality/value: To the best of our knowledge, there is no paper in the previous literature investigating the simulation-based optimisation for the stochastic green capacitated p-median problem. There are two main contributions in this paper. First, to build a new model for the capacitated p-median problem taking into account the environmental impact. Second, to design a simulation-based optimisation approach to solve the stochastic green capacitated p-median problem incorporating VNS-based matheuristic and Monte Carlo simulationPeer Reviewe

    Formulation and solution of a two-stage capacitated facility location problem with multilevel capacities

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    In this paper, the multi-product facility location problem in a two-stage supply chain is investigated. In this problem, the locations of depots (distribution centres) need to be determined along with their corresponding capacities. Moreover, the product flows from the plants to depots and onto customers must also be optimised. Here, plants have a production limit whereas potential depots have several possible capacity levels to choose from, which are defined as multilevel capacities. Plants must serve customer demands via depots. Two integer linear programming (ILP) models are introduced to solve the problem in order to minimise the fixed costs of opening depots and transportation costs. In the first model, the depot capacity is based on the maximum number of each product that can be stored whereas in the second one, the capacity is determined by the size (volume) of the depot. For large problems, the models are very difficult to solve using an exact method. Therefore, a matheuristic approach based on an aggregation approach and an exact method (ILP) is proposed in order to solve such problems. The methods are assessed using randomly generated data sets and existing data sets taken from the literature. The solutions obtained from the computational study confirm the effectiveness of the proposed matheuristic approach which outperforms the exact method. In addition, a case study arising from the wind energy sector in the UK is presented

    Variable neighborhood search for the multi-level capacitated lotsizing problem

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    Das dynamische mehrstufige kapazitierte Losgrößenproblem (MLCLSP) behandelt im Rahmen der Produktionsplanung die wichtige Entscheidung über die optimalen Losgrößen, angefangen bei Endprodukten über Komponenten bis hin zu Rohstoffen, bei gleichzeitiger Berücksichtigung beschränkter Kapazitäten der zur Produktion benötigten Ressourcen. Da es sich um ein NP-schweres Problem handelt, stoßen exakte Lösungsverfahren an ihre Grenzen, sobald die Problemdimensionen ein größeres – man könnte durchaus sagen realistisches – Ausmaß erreichen. In der Praxis dominieren deshalb Methoden, die die Losgrößen der einzelnen Produkte sequenziell festlegen und überdies etwaige Kapazitätsbeschränkungen im Nachhinein, falls überhaupt, berücksichtigen. In der Literatur finden sich zahlreiche approximative Ansätze zur Lösung dieses komplexen betriebswirtschaftlichen Problems. Lokale Suche und auf ihr basierende Metaheuristiken stellen vielversprechende Werkzeuge dar, um die Defizite der aktuell eingesetzten Trial-and-Error Ansätze zu beheben und letzten Endes zulässige sowie kostenoptimale Produktionspläne zu erstellen. Die in dieser Diplomarbeit vorgestellte Studie beschäftigt sich mit lokalen Suchverfahren für das MLCLSP. Acht Nachbarschaftsstrukturen, die sich aus einer Veränderung der Rüstvariablen ergeben, werden präsentiert und evaluiert. Grundlegende Optionen bei der Gestaltung eines iterativen Verbesserungsverfahrens, wie beispielsweise unterschiedliche Schrittfunktionen oder die temporäre Berücksichtigung unzulässiger Lösungen, werden getestet und verglichen. Obwohl nur die Switch Nachbarschaft, die durch das Ändern einer einzigen Rüstvariable definiert wird, wirklich überzeugende Resultate liefert, können die übrigen Nachbarschaftsstrukturen durchaus als Perturbationsmechanismen im Rahmen einer Variablen Nachbarschaftssuche (VNS) zum Einsatz kommen. Die Implementierung dieser Metaheuristik, geprägt von den Ergebnissen der einfachen lokalen Suchverfahren, kann allerdings nicht vollkommen überzeugen. Die entwickelte VNS Variante kann die Lösungsgüte anderer zum Vergleich herangezogener Lösungsverfahren nicht erreichen und benötigt relativ lange Laufzeiten. Andererseits sind die Ergebnisse mit einer durchschnittlichen Abweichung zur besten bekannten Lösung von etwa vier Prozent über sämtliche untersuchte Problemklassen weit entfernt von einem Totalversagen. Es überwiegt der Eindruck, dass es sich um eine robuste Methode handelt, die in der Lage ist, Lösungen von hoher, teils sehr hoher Qualität nicht nur in Ausnahmefällen zu liefern. Etwaige Nachjustierungen könnten das Verfahren durchaus zu einem ernstzunehmenden Konkurrenten für bereits existierende Lösungsmethoden für das MLCLSP machen.The Multi-Level Capacitated Lotsizing Problem (MLCLSP) depicts the important decision in production planning of determining adequate lot sizes from final products onward, to subassemblies, parts and raw materials, all the while assuming limited capacities of the resources employed for manufacture. It is an NP-hard problem where exact methods fail in solving larger – one could say realistic – problem instances. Sequential approaches that tackle the problem item by item and postpone capacity considerations dominate current practice; approximate solution methods abound throughout the literature. Local search and metaheuristics based on it constitute a class of approximate methods well-equipped to take on the challenge of eventually replacing the trial-and-error process that impedes manufacturing companies in establishing feasible and cost-minimal production plans. This thesis presents a study of local search based procedures for solving the MLCLSP. Eight different neighborhood structures, resulting from manipulations of the setup variables, are devised and evaluated. Fundamental options when designing an iterative improvement algorithm, such as best-improvement versus first-improvement step functions or the inclusion of infeasible solutions during the search are explored and compared. Although only the Switch move, which alters the value of a single setup value, is convincing as a stand-alone neighborhood structure, the other neighborhoods can in any case be employed for the perturbation of solutions during the shaking step of a Variable Neighborhood Search (VNS). The implementation of this metaheuristic, shaped by the findings from testing the basic local search variants, led to mixed results. The procedure designed to tackle the MLCLSP cannot outperform the compared heuristics. Neither does it produce results that are terribly off – the average gap to the best known solutions settles around four percent over all problem classes tested. Nonetheless, the impression is supported that the VNS procedure is a robust method leading to good, sometimes even very good solutions at a regular basis that is amenable to further adjustments and thus eventually becoming a serious competitor for existing methods dealing with multi-level capacitated lotsizing decisions

    From metaheuristics to learnheuristics: Applications to logistics, finance, and computing

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    Un gran nombre de processos de presa de decisions en sectors estratègics com el transport i la producció representen problemes NP-difícils. Sovint, aquests processos es caracteritzen per alts nivells d'incertesa i dinamisme. Les metaheurístiques són mètodes populars per a resoldre problemes d'optimització difícils en temps de càlcul raonables. No obstant això, sovint assumeixen que els inputs, les funcions objectiu, i les restriccions són deterministes i conegudes. Aquests constitueixen supòsits forts que obliguen a treballar amb problemes simplificats. Com a conseqüència, les solucions poden conduir a resultats pobres. Les simheurístiques integren la simulació a les metaheurístiques per resoldre problemes estocàstics d'una manera natural. Anàlogament, les learnheurístiques combinen l'estadística amb les metaheurístiques per fer front a problemes en entorns dinàmics, en què els inputs poden dependre de l'estructura de la solució. En aquest context, les principals contribucions d'aquesta tesi són: el disseny de les learnheurístiques, una classificació dels treballs que combinen l'estadística / l'aprenentatge automàtic i les metaheurístiques, i diverses aplicacions en transport, producció, finances i computació.Un gran número de procesos de toma de decisiones en sectores estratégicos como el transporte y la producción representan problemas NP-difíciles. Frecuentemente, estos problemas se caracterizan por altos niveles de incertidumbre y dinamismo. Las metaheurísticas son métodos populares para resolver problemas difíciles de optimización de manera rápida. Sin embargo, suelen asumir que los inputs, las funciones objetivo y las restricciones son deterministas y se conocen de antemano. Estas fuertes suposiciones conducen a trabajar con problemas simplificados. Como consecuencia, las soluciones obtenidas pueden tener un pobre rendimiento. Las simheurísticas integran simulación en metaheurísticas para resolver problemas estocásticos de una manera natural. De manera similar, las learnheurísticas combinan aprendizaje estadístico y metaheurísticas para abordar problemas en entornos dinámicos, donde los inputs pueden depender de la estructura de la solución. En este contexto, las principales aportaciones de esta tesis son: el diseño de las learnheurísticas, una clasificación de trabajos que combinan estadística / aprendizaje automático y metaheurísticas, y varias aplicaciones en transporte, producción, finanzas y computación.A large number of decision-making processes in strategic sectors such as transport and production involve NP-hard problems, which are frequently characterized by high levels of uncertainty and dynamism. Metaheuristics have become the predominant method for solving challenging optimization problems in reasonable computing times. However, they frequently assume that inputs, objective functions and constraints are deterministic and known in advance. These strong assumptions lead to work on oversimplified problems, and the solutions may demonstrate poor performance when implemented. Simheuristics, in turn, integrate simulation into metaheuristics as a way to naturally solve stochastic problems, and, in a similar fashion, learnheuristics combine statistical learning and metaheuristics to tackle problems in dynamic environments, where inputs may depend on the structure of the solution. The main contributions of this thesis include (i) a design for learnheuristics; (ii) a classification of works that hybridize statistical and machine learning and metaheuristics; and (iii) several applications for the fields of transport, production, finance and computing

    La métaheuristique CAT pour le design de réseaux logistiques déterministes et stochastiques

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    De nos jours, les entreprises d’ici et d’ailleurs sont confrontées à une concurrence mondiale sans cesse plus féroce. Afin de survivre et de développer des avantages concurrentiels, elles doivent s’approvisionner et vendre leurs produits sur les marchés mondiaux. Elles doivent aussi offrir simultanément à leurs clients des produits d’excellente qualité à prix concurrentiels et assortis d’un service impeccable. Ainsi, les activités d’approvisionnement, de production et de marketing ne peuvent plus être planifiées et gérées indépendamment. Dans ce contexte, les grandes entreprises manufacturières se doivent de réorganiser et reconfigurer sans cesse leur réseau logistique pour faire face aux pressions financières et environnementales ainsi qu’aux exigences de leurs clients. Tout doit être révisé et planifié de façon intégrée : sélection des fournisseurs, choix d’investissements, planification du transport et préparation d’une proposition de valeur incluant souvent produits et services au fournisseur. Au niveau stratégique, ce problème est fréquemment désigné par le vocable « design de réseau logistique ». Une approche intéressante pour résoudre ces problématiques décisionnelles complexes consiste à formuler et résoudre un modèle mathématique en nombres entiers représentant la problématique. Plusieurs modèles ont ainsi été récemment proposés pour traiter différentes catégories de décision en matière de design de réseau logistique. Cependant, ces modèles sont très complexes et difficiles à résoudre, et même les solveurs les plus performants échouent parfois à fournir une solution de qualité. Les travaux développés dans cette thèse proposent plusieurs contributions. Tout d’abord, un modèle de design de réseau logistique incorporant plusieurs innovations proposées récemment dans la littérature a été développé; celui-ci intègre les dimensions du choix des fournisseurs, la localisation, la configuration et l’assignation de mission aux installations (usines, entrepôts, etc.) de l’entreprise, la planification stratégique du transport et la sélection de politiques de marketing et d’offre de valeur au consommateur. Des innovations sont proposées au niveau de la modélisation des inventaires ainsi que de la sélection des options de transport. En deuxième lieu, une méthode de résolution distribuée inspirée du paradigme des systèmes multi-agents a été développée afin de résoudre des problèmes d’optimisation de grande taille incorporant plusieurs catégories de décisions. Cette approche, appelée CAT (pour collaborative agent teams), consiste à diviser le problème en un ensemble de sous-problèmes, et assigner chacun de ces sous-problèmes à un agent qui devra le résoudre. Par la suite, les solutions à chacun de ces sous-problèmes sont combinées par d’autres agents afin d’obtenir une solution de qualité au problème initial. Des mécanismes efficaces sont conçus pour la division du problème, pour la résolution des sous-problèmes et pour l’intégration des solutions. L’approche CAT ainsi développée est utilisée pour résoudre le problème de design de réseaux logistiques en univers certain (déterministe). Finalement, des adaptations sont proposées à CAT permettant de résoudre des problèmes de design de réseaux logistiques en univers incertain (stochastique)
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