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

Solución digital para la programación de asignación de vehículos para una empresa de transporte de hidrocarburos

In Colombia, oil production is one of the most important economic activities. Within this, operations related to the export of crude oil represent annually revenues of more than 10 billion COP. In the country, hydrocarbons are transported by different methods, such as oil pipelines, gas pipelines, tank trucks or ships. Tank trucks transportation is a logistics link in the distribution, since its function is to transport crude oil from the fields to the pumping stations. For this, there are different companies that provide this service. In Colombia, the costs associated with hydrocarbon transport represents 53% of the costs of the hydrocarbon production chain, which is why the companies in charge of this sector focus on cost efficiency. This paper presents a study of this problem for a hydrocarbon transport company by the development of an application that will carry out the programming of vehicle allocation. Therefore, it will consist on different optimization techniques such as heuristics and metaheuristics to achieve an ideal solution. To solve the problem, the nearest neighbor algorithm was selected together with the tabu search (TS) algorithm. This, in order to find the most optimal solution satisfying the requirements and objectives of the company, including equity and reduction of associated costs. Finally, an application was obtained using Visual Basic for Application (VBA), which requires input data from the user for its operation and as a result, prints out the weekly schedule of the vehicles respecting the restrictions and ensuring their feasibility. With this, it is possible to know the status of the truck at any time of the week. As a complement, a diagnosis was made on the use of Information and Technology (IT) in order to promote the use of this type of digital tools in the company on a daily basis.Ingeniero (a) IndustrialPregrad

The multiple vehicle pickup and delivery problem with LIFO constraints

This paper approaches a pickup and delivery problem with multiple vehicles in which LIFO conditions are imposed when performing loading and unloading operations and the route durations cannot exceed a given limit. We propose two mixed integer formulations of this problem and a heuristic procedure that uses tabu search in a multi-start framework. The first formulation is a compact one, that is, the number of variables and constraints is polynomial in the number of requests, while the second one contains an exponential number of constraints and is used as the basis of a branch-and-cut algorithm. The performances of the proposed solution methods are evaluated through an extensive computational study using instances of different types that were created by adapting existing benchmark instances. The proposed exact methods are able to optimally solve instances with up to 60 nodes

Improvement of constructive heuristics for combinatorial optimisation problems in operations management.

Операциони менаџер користи скуп поступака чији је циљ да се послови ураде брже, јефтиније и квалитетније. Научници из области операционог менаџмента имају задатак да ови поступци буду изводљиви и практични. Скоро увек, менаџери покушавају да нешто оптимизују – или је то минимизација трошкова и потрошње енергије, или пак, максимизација профита, резултата, перформанси и ефикасности. Међутим, није увек могуће пронаћи оптимална решења. У пракси, менаџер мора да се задовољи решењима која можда нису оптимална, али су допустива, задовољавајућа, робустна, и достижна у разумном времену. Оваква решења се добијају применама хеуристика, које могу бити конструктивне, побољшавајуће или хибридне. Област истраживања у докторској дисертацији су конструктивне хеуристике за проблеме комбинаторне оптимизације у операционом менаџменту који припадају класи сложености НП. Представљен је нови генерализовани конструктивни алгоритам који омогућава да се разноврсне хеуристике формирају избором његових аргумената. Такође је уведено опште окружење за генерисање пермутација, које формира везу између енумерације пермутација и корака у конструктивним хеуристикама уметања. Предложен је скуп аргумената генерализованог алгоритма који омогућује паралелно праћење више парцијалних решења за време извршавања алгоритма. Могућности и предности генерализованог алгоритма су представљене кроз његову примену на проблем формирања ћелија у производним системима, проблем распореда производних ћелија и проблем редоследа послова у линији. Нови приступ даје решења која на испитиваним примерима надмашују најбоље познате резултате из литературе.Operations manager deals with a collection of methods for getting things done more quickly, more cheaply or to a higher standard of quality. It is the job of the management scientist to make sure that these methods are practical and relevant. Almost always managers try to optimize something - whether to minimize the cost and energy consumption, or to maximize the profit, output, performance and efficiency. Subsequently, it is not always possible to find the optimal solutions. In practice, managers have to settle for suboptimal solutions or even feasible ones that are satisfactory, robust, and practically achievable in a reasonable time scale. These kind of solutions are obtained with heuristics, which can be constructive, improvement heuristics or hybrid. The field of research in the doctoral thesis are constructive heuristics for NP-hard combinatorial optimization problems in operations management. A new generalized constructive algorithm is presented which makes it possible to select a wide variety of heuristics just by the selection of its arguments values. A general framework for generating permutations of integers is presented. This framework forms a link between the numbering of permutations and steps in the insertion-based heuristics. A number of arguments controlling the operation of the generalized algorithm tracking multiple partial solutions, are identified. Features and benefits of the generalized algorithm are presented through the implemetations to the Cell Formation Problem, the Quadratic Assignment Problem and the Permutation Flowshop Problem. The new approach produces solutions that outperform, on the tested instances, the best known results from literature

Conception d’un réseau de transport en commun pour le transport des patients sur l’Île-de-Montréal

RÉSUMÉ : La loi 10 a souhaité une nouvelle organisation du système de soins de santé québécois. Elle a engendré en avril 2015 la création de Centres Intégrés (Universitaires) de Santé et de Services Sociaux (CI(U)SSS). Dans ce contexte de centralisation des établissements de santé québécois, nous avons conduit une étude de terrain de l’organisation du transport non urgent des patients entre les établissements de quatre CIUSSSs sur l’Ile-de-Montréal. Cette étude a révélé que ce type de transport, qui représente un enjeu financier et organisationnel important pour les CIUSSSs, peut être optimisé. En effet, ces établissements de santé ont longtemps fonctionné individuellement. Malgré la centralisation administrative effective, la prise de décision concernant l’organisation du transport externe non urgent des patients est encore visualisée à l’échelle de chaque établissement, voire au niveau de chaque unité. Les processus suivis peuvent ainsi varier d’une unité à l’autre d’un même établissement, même si la plupart des problématiques et moyens de transport utilisés sont partagés. Les déplacements actuellement réalisés par les patients de ces CIUSSSs peuvent présenter une certaine régularité, parce qu’ils concernent des traitements réguliers ou des activités mis en place dans l’objectif d’aider les personnes à vivre chez elles autonomes le plus longtemps possible. De plus, l’existence de corridors de service entre certains établissements peut augmenter la fréquence de certains trajets. Homogénéiser l’organisation actuelle du transport externe non urgent des patients pour la centraliser pourrait donc permettre de réduire la part importante du budget qui lui est accordée et d’augmenter la qualité du service proposé aux patients. Suite à ces observations et connaissant les perspectives d’évolution de la population traitée par le système de soins de santé, nous nous sommes demandé si organiser le transport non urgent des patients de ces CIUSSSs à l’aide d’un réseau de transport en commun serait possible et rentable. Un tel réseau devrait être adapté à la condition physique des patients. Majoritairement à mobilité réduite, ils se déplacent en fauteuils roulants et ne peuvent ni circuler pour rejoindre un arrêt du réseau ni subir un transfert de ligne sur leur trajet. La configuration actuelle des véhicules est telle que les routes dessinées devront aussi permettre de servir la demande en respectant la contrainte de Last-In-First-Out (LIFO), que nous introduisons en conception de réseau. La demande actuelle étant très peu dense, nous avons défini un réseau de transport adapté construit zone par zone. Dans chaque zone géographique construite à l’aide d’un double partitionnement des demandes de transport basé sur la densité, nous avons construit des réseaux à deux niveaux. Nous avons d’abord tracé des routes permettant de servir la partie la plus régulière de la demande. Nous avons ensuite autorisé une certaine déviation des routes dessinées pour affecter les patients aux routes du réseau. Au cours des observations terrain qui ont permis de statuer les hypothèses du problème, nous avons constitué et analysé une base de données qui représente les demandes de transports apparues sur une période de vingt-cinq semaines entre avril et septembre 2016. Les tests réalisés à partir de ces demandes ont permis d’apprécier l’influence des paramètres choisis pour le partitionnement de la demande sur les réseaux obtenus et leur réponse quotidienne à la demande. Les résultats montrent que, dans l’organisation actuelle de la demande, l’association de la contrainte de LIFO et de l’interdiction du transfert de ligne est trop forte pour construire un réseau de transport en commun réaliste et financièrement rentable. Les réseaux construits offrent néanmoins une bonne qualité de transport aux patients. Les routes dessinées par la méthode que nous avons choisie permettent aussi de conclure que considérer l’organisation du transport externe non urgent des patients à l’échelle de l’Ile-de-Montréal sous la forme d’un transport à la demande est prometteuse.----------ABSTRACT : In 2015, the 10th law caused a overhaul of the health care system of Quebec. As an example, the health care facilities were consolidated into regional centers called Centres Intégrés (Universitaires) de Santé et de Services Sociaux (CI(U)SSS). In this context, we have led a field study regarding the organization of the external non-emergency patient transport services between the facilities of four CIUSSSs in Montreal. This survey raised that the organization of external non-emergency patient transport services, which is a major issue at both Financial and organizational points of view, can be improved. As a matter of fact, the facilities have been operating on their own for long. Then, despite the consolidation of administrative service is effective, the decision-making concerning the transportation of patients is still processed at the level of each facility, or even separately in the the care units of one place. Those process can then vary from one place to another, even though the means of transport used and the problems faced are common. The demands of transport from the patients of these CIUSSSs can currently occur on a regular basis, since they are raised by regular treatments or activities aimed at making them be able to live at home independently as long as they can. Furthermore, service corridors exist between several health care centers that can increase some trips frequency. In view of this, standardizing the existing organization of the external non-emergency transportation of patients could help reducing the major part of the budget currently dedicated to this field, and to improve the quality of the service offered to the patients. Considering this and the expected evolution of the patient population, we wondered if a transit network could profitably and suitably be designed to answer the demand of transportation in these CIUSSSs. Such a network should be adapted to the physical and psychological conditions of the patients. Most of them are persons with reduced mobility, then move in wheelchairs and can neither join a stop of the network nor accept any transfer between lines during their travel. Presently, the configuration of the vehicles enforce a Last-In-First-Out (LIFO) constraint, which we introduce in network design. Presently, the demand of transport is really sparse. We then decided to build our network per zone. In each geographical zone defined by a two-level density clustering of the demands, we designed two-level networks. First, we drew routes aimed at answering the most regular demands. Second, we allowed a certain deviation of these routes for the network to serve more demands. Throughout the field study aimed at defining the problem, we gathered a data basis which reflects the transportation demands that occurred over a period of twenty-five weeks between April and September 2016. The experiments allowed us to assess how the parameters chosen influence the network designed and their ability to respond to the daily demand for transports. The results show that under the current organization of the demands of transport, adding the LIFO constraint and avoiding every transfer between lines makes difficult, if not impossible, the design of a realistic and profitable network. Nevertheless, the networks designed offer a very good quality service to the patients. From the routes drawn by the method we have chosen, we can also conclude that considering the organization of the external non-emergency transportation of patients at the level of a whole region as a demand-responsive transport problem could show promise

ALGORITHMS FOR OPTIMIZATION PROBLEMS WITH FRACTIONAL RESOURCES

We consider a class of optimization problems having a distinctive feature: both discrete and continuous decisions need to be taken simultaneously. These problems arise in many practical applications, for example broadband telecommunications and green transportation problems, where resources are available, that can be fractionally consumed or assigned. These problems are proven of being harder than their purely discrete counterpart. We propose effective methodologies to tackle them. Our approach is to consider variants of classical combinatorial optimization problems belonging to three domains: packing, routing and integrated routing/packing. Our results suggest that indeed effective approaches exist, reducing the computational effort required for solving the problem. Mostly, they are based on exploiting the structure of optimal solutions to reduce the search space

Le problème de tournées de véhicules avec cueillettes, livraisons, fenêtres de temps et contraintes de manutention

RÉSUMÉ : Les problèmes de tournées de véhicules avec cueillettes et livraisons consistent à trouver des tournées réalisables minimisant le nombre de véhicules utilisés et la distante totale parcourue, et permettant de compléter toutes les requêtes. Une requête est définie par un point de cueillette et un point de livraison, et une quantité de marchandise à transporter du point de cueillette au point de livraison. Ce faisant, une tournée est dite réalisable si la charge du véhicule ne dépasse pas sa capacité et si, pour chaque requête, on visite le point de cueillette avant le point de livraison avec le même véhicule. Dans la dernière décennie, la communauté de recherche opérationnelle s’est attaquée à des problèmes de plus en plus complexes qui tiennent compte de contraintes opérationnelles difficiles à traiter. Cette thèse s’insère dans cette tendance. Cette thèse propose des modèles et des algorithmes pour résoudre deux variantes du problème de tournées de véhicules avec cueillettes et livraisons : le problème de tournées de véhicules avec cueillettes, livraisons, fenêtres de temps et contrainte de chargement dernier entré premier sorti (last-in-first-out – LIFO) (pickup and delivery problem with time Windows and LIFO loading – PDPTWL) et le problème de tournées de véhicules avec fenêtres de temps et plusieurs piles (pickup and delivery problem with time windows and multiple stacks – PDPTWMS). Dans le PDPTWL, la contrainte de chargement dernier entré premier sorti stipule qu’aucune manutention non nécessaire n’est faite lors de la livraison d’un item : un item peut seulement être livré s’il est situé sur le dessus de la pile. Dans le PDPTWMS, chaque véhicule contient plusieurs piles qui sont gérées selon une politique de chargement dernier entré premier sorti. Afin de résoudre le PDPTWL, trois algorithmes de génération de colonnes avec plans coupants et un algorithme heuristique sont proposés. Le premier algorithme de génération de colonnes incorpore la contrainte de chargement dans le problème maître, alors que le second l’incorpore dans le sous-problème. Pour ce faire, un algorithme d’étiquetage et un critère de dominance spécialisés sont proposés. Le troisième algorithme de génération de colonnes est une combinaison des deux premiers algorithmes. Des inégalités valides connues sont adaptées pour le PDPTWL. Des instances ayant jusqu’à 75 requêtes sont résolues par ces trois algorithmes exacts en une heure de temps de calcul. L’algorithme heuristique, quant à lui, permet de traiter plus rapidement des instances de plus grande taille. D’abord, un ensemble de solutions initiales est construit avec un algorithme glouton. Puis, pour chaque solution, un algorithme de recherche locale est utilisé afin de diminuer en priorité le nombre de véhicules et ensuite la distance totale parcourue. Puis, deux stratégies sont utilisées pour créer des solutions enfants. La première choisit aléatoirement des tournées de l’ensemble de solutions alors que la deuxième utilise un opérateur de croisement. Pour les deux stratégies, un algorithme de recherche locale est ensuite utilisé. Finalement, les enfants sont ajoutés à l’ensemble de solutions et les meilleurs survivants sont conservés. L’ensemble de solutions est géré afin de garder uniquement les solutions variées de meilleure qualité par rapport au coût total. Des instances ayant jusqu’à 300 requêtes sont résolues par cette heuristique en deux heures de temps de calcul. Afin de résoudre le PDPTWMS, deux algorithmes de génération de colonnes avec plans coupants sont proposés. Le premier algorithme de génération de colonnes incorpore la contrainte de chargement avec plusieurs piles dans le sous-problème. Pour ce faire, un algorithme d’étiquetage et un critère de dominance spécialisés sont proposés. Le deuxième algorithme incorpore partiellement la contrainte de chargement avec plusieurs piles dans le sous-problème et ajoute, au besoin, des contraintes au problème maître lorsque la solution trouvée ne respecte pas la contrainte de chargement avec plusieurs piles. Des instances avec une, deux et trois piles et ayant jusqu’à 75 requêtes sont résolues par ces deux algorithmes exacts en deux heures de temps de calcul.----------ABSTRACT : In the pickup and delivery problem, vehicles based at a depot are used to satisfy a set of requests which consists of transporting goods (or items) from a specific pickup location to a specific delivery location. We consider an unlimited fleet of identical vehicles with multiple homogeneous compartments of limited capacity. A vehicle route is feasible if the load in each compartment of the vehicle does not exceed its capacity and each completed request is first picked up at its pickup location and then delivered at its corresponding delivery location. The pickup and delivery problem consists of determining a set of least-cost feasible routes in which the number of vehicles is first minimized. In the last decade, the operations research community has tackled more complex problems that consider real-life constraints. This thesis follows this trend. This thesis proposes models and algorithms for two variants of the pickup and delivery problem: the pickup and delivery problem with time windows and last-in-first-out (LIFO) loading constraints (PDPTWL) and the pickup and delivery problem with time windows and multiple stacks (PDPTWMS). In the first problem, the LIFO loading rule ensures that no handling is required prior to unloading an item from a vehicle: an item can only be delivered if it is the last one in the stack. In the second problem, each vehicle contains multiple stacks that are operated in a LIFO fashion. To solve the PDPTWL, three exact branch-price-and-cut algorithms and one metaheuristic algorithm are developed. The first branch-price-and-cut algorithm incorporates the LIFO constraints in the master problem. The second branch-price-and-cut algorithm handles the LIFO constraints directly in the shortest path pricing problem and applies a dynamic programming algorithm relying on an ad hoc dominance criterion. The third branch-price-andcut algorithm is a hybrid between the first two. Known valid inequalities are adapted to the PDPTWL. Instances with up to 75 requests are solved within one hour of computational time. The metaheuristic is capable of handling larger instances much faster. First, a set of initial solutions is generated with a greedy randomized adaptive search procedure. For each of these solutions, local search is applied in order to first decrease the total number of vehicles and then the total traveled distance. Two different strategies are used to create offspring. The first selects vehicle routes from the solution pool. The second selects two parents to create an offspring with a crossover operator. For both strategies, local search is then performed on the child solution. Finally, the offspring is added to the population and the best survivors are kept. The population is managed so as to maintain good quality solutions with respect to total cost and population diversity. Instances with up to 300 requests are solved within two hours of computational time. To solve the PDPTWMS, two exact branch-price-and-cut algorithms are proposed. The first branch-price-and-cut algorithm handles the multiple stacks policy in the shortest path pricing problem and applies a dynamic programming algorithm relying on an ad hoc dominance criterion. The second branch-price-and-cut algorithm incorporates the multiple stacks Policy partly in the shortest path pricing problem and adds additional inequalities to the master problem when infeasible LIFO multiple stacks are encountered. Instances with one, two and three stacks involving up to 75 requests are solved within two hours of computational time

Solución del problema de enrutamiento de vehículos con entregas y recogidas simultáneas : Una nueva matheurística

Este libro, producto de mi tesis doctoral, presenta una metodología para resolver el problema de enrutamiento de vehículos homogéneos con recogidas y entregas simultáneas (VRPSPD) utilizando matheurística formada por el algoritmo genético especializado Chu -Beasley y técnicas exactas de programación lineal de enteros mixtos, basadas en el procedimiento Branch -and- Bound, aplicado a la mejor configuración obtenida del algoritmo genético con el apoyo de métodos heurísticos constructivos en la determinación de los subproblemas, que hacen parte de la generación de la población inicial, necesaria en la etapa de mejora local. El problema considera un conjunto de clientes, cuyas demandas de recogida y entrega de productos o personas son conocidas, y cuyo objetivo es obtener el conjunto de rutas de costo mínimo, que permitan satisfacer la demanda de los clientes, considerando las respectivas limitaciones del sistema y los vehículos necesarios para completar el mismo. En su desarrollo se consideraron los siguientes aspectos: · Fundamentación teórica del problema de ruteo de vehículos con entregas y recogidas simultáneas. · Diseño metodológico para el desarrollo del contenido del libro. · Experimentos computacionales: La metodología desarrollada se implementa en C ++, y se utiliza un software de resolución CPLEX para encontrar la solución. La eficiencia de la implementación del algoritmo se verifica con el uso de instancias de prueba disponibles en la literatura especializada, obteniendo buenos resultados en las pruebas en tiempos de cómputo relativamente cortos