Mathematical formulations and heuristic approaches for the heterogeneous vehicle routing problem with simultaneous pickup and delivery

Araç Rotalama Problemi (ARP), ulaştırma, dağıtım, lojistik, çizelgeleme, stok ve hizmet yönetimi, üretim planlama vb. gibi konularda operasyonel düzeyde karşılaşılabilen önemli endüstri mühendisliği problemlerinden birisidir. Gerçek hayat lojistik uygulamalarında, filoda bulunan araçlar birbirlerinden farklı olabilirler. Ayrıca, müşterilerden ve/veya taşınanlardan kaynaklı gereklilikler de farklı araç kullanımı zorunluluğunu ortaya çıkarabilir. Bunun yanında firmalar, mamul, yarı mamul ve/veya hammaddelerin tersine akışının yönetimini de hem ekonomik getirisi hem de yasal ve çevresel yükümlülüklerinden dolayı daha fazla önemsemektedirler. Bu tezde, heterojen araç filosunun bulunduğu ve müşterilerin dağıtım ve toplama taleplerinin eşzamanlı gerçekleştiği durumların birlikte dikkate alındığı bir Kapasiteli Araç Rotalama Problemi türü üzerinde çalışılmıştır. Bu problem Heterojen Eşzamanlı Topla-Dağıt Araç Rotalama Problemi (HETD-ARP) olarak adlandırılmıştır. HETD-ARP, toplam maliyeti enküçükleyen araç rotalarının ve her bir rotada kullanılan araç tipinin belirlenmesi olarak tanımlanabilir. Tez kapsamında HETD-ARP için polinom boyutta kısıta ve 0-1 tamsayılı karar değişkenine sahip biri ayrıt, diğeri düğüm tabanlı iki matematiksel model önerilmiştir. HETD-ARP, NP-Zor bir problem olduğundan makul sürelerde orta ve büyük boyutlu problemler için eniyi çözümü bulmak zordur. Bu nedenle, problemin çözümü için tavlama benzetimi (TB) ve yerel arama (YA) algoritmalarına dayalı bir karma sezgisel algoritma geliştirilmiştir. Geliştirilen karma sezgisel algoritmanın etkinliği ARP için geliştirilmiş basit çözüm kurucu sezgiseller olan Enyakın Komşu (EYK) ve Clarke-Wright Tasarruf (CWT) algoritmaları ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Kaynaklarda Heterojen ARP için oluşturulmuş test problemleri, yine kaynaklarda bulunan ayrıştırma yöntemleri ile HETD-ARP'ye uyarlanmış ve bu test problemleri kullanılarak, önerilen matematiksel modellerin ve geliştirilen sezgisel yaklaşımların etkinlikleri araştırılmıştır.Vehicle Routing Problem (VRP) is one of the most important industrial engineering problems which may be encountered at the operational level on the topics such as transportation, distribution, logistics, scheduling, inventory and service management, production planning, and etc. In the real life applications of logistics, vehicles in a fleet may differ from each other. In addition, the requirements arising from customers and/or goods may reveal the necessity to use different vehicles. Besides, companies do care more about the management of reverse flow of products, semi-finished and/or raw materials because of their economic benefits and as well as legal and environmental liabilities. In this study, a variant of Capacitated Vehicle Routing Problem (CVRP) is considered with heterogeneous fleet of vehicles and simultaneous pickup and delivery. This problem is referred to Heterogeneous Vehicle Routing Problem with Simultaneous Pickup and Delivery (HVRPSPD). HVRPSPD can be defined to determine the routes and the vehicle types on each route while minimizing the total cost. In this dissertation, two polynomial size mathematical models that have polynomial sized constraints and binary variables, one with arc-based and the other with node-based auxiliary decision variables, have been proposed for the HVRPSPD. It is difficult (or may be impossible) to find the optimal solution in a reasonable time for the moderate and large size problems, since HVRPSPD is in the NP-hard problem class. Therefore, to solve an HVRPSPD instance we developed a hybrid metaheuristic approach based on the Simulated Annealing (SA) and Local Search (LS) algorithms. The performance of metaheuristic approach is compared with the very well-known and basic constructive heuristics, Nearest Neighborhood (NN) and Clarke-Wright Savings (CWS) algorithms which have been originally developed for the CVRP. We adapted the test problems of Heterogeneous VRP for the HVRPSPD using demand splitting procedures proposed in the literature and by using those test problems the performance of each mathematical model and heuristic approaches were investigated

Önce dağıt sonra topla araç rotalama problem için tamsayılı karar modelleri

Bir coğrafi bölgedeki müsteriler, “Ürün Dağıtılacak Müsteriler” ve “Ürün Toplanacak Müsteriler” olmak üzere iki alt kümeye ayrılsın. Dağıtım planının, araçların önce dağıtım yapılacak müsterilere, sonrada ürün toplanacak müsterilere uğrayarak depoya dönmeleri seklinde yapılmak istenmesi halinde, araç rotalama probleminin özel bir türü ortaya çıkar. Bu çalısmada bu tür problemler “Önce Dağıt Sonra Topla Problemlerinde Araç Rotalama (Vehicle Routing Problem with Backhauls)” olarak isimlendirilmistir. Çalısmanın hareket noktası, yapılan arastırmalarda ilgili kaynaklarda, yalnız ve yalnız önce dağıtım yapıp, sonra toplama bölgesine geçilmesi durumunda polinom büyüklükte bir matematiksel modelin bulunmayısıdır. Çalısmada yeni gelistirilen polinom büyüklükte iki tam sayılı karar modeli sunulmakta ve hem kaynaklarda yer alan test problemlerinin hem de rassal olarak üretilen problemlerin her iki modelle çözüm sonuçlarına yer verilmektedir. In a geographical region suppose that the customers are divided into two subsets as “Linehaul Customers” and “Backhual Customers”. If a distribution plan is built up such that the vehicles must visit the linehaul customers first and backhaul customers later and come back to the depot, then a special kind of the Vehicle Routing Problem arises. This problem is called Vehicle Routing Problem with Backhauls. The motivation of this study is the lack of polinomial size mathematical models which are exactly called Vehicle Routing Problems with Backhauls and has the situation that vehicles must visit the backhaul customers after the linehaul customers, in the literature as much as we accessed. In this study two polinomial size mathematical models are proposed and the computational results which were gathered by the solution of these two models with test instances from literature and ramdomly generated test instances, are given

INTER-CITY BUS SCHEDULING WITH CENTRAL CITY LOCATION AND TRIP SELECTION

This study considers a real-life inter-city bus scheduling problem that incorporates central city locations and trip selection sub-problems. We seek to determine the size of the bus fleet, the cities to be served, the central cities, and the routes and schedules of buses in the fleet. For this purpose, we developed a number of investment scenarios, and for each scenario, we determined possible trip alternatives between cities and resulting expected profits. We then developed an integer linear programming model and a decomposition-based heuristic, which attempt to solve the problem with the objective of profit maximization. Finally, we compare the performance of both solution approaches in terms of the solution quality and computation time for each of the scenarios. The results show that both methods are capable of achieving satisfactory performance for small and medium-size instances, whereas the heuristic outperforms the exact method significantly on large instances

AEEE tahmini ve toplama noktalarının belirlenmesi: Çankaya Belediyesi için bir uygulama

Elektrikli ve elektronik cihazlar (e-eşya), kullanım ömürleri tamamlandığında elektrikli ve elektronik atığa (AEEE) dönüşmektedir. AEEE’ler atıldıklarında, yakıldıklarında veya geri dönüşüm için parçalandıklarında tehlikeli maddeler içeren ürünlere dönüşerek çevreye ve insan sağlığına zarar vermektedir. AEEE’lerin zararlarını en aza indirmek ve geri dönüşümlerinden ekonomik fayda sağlamak amacıyla belediyeler tarafından uygun şekilde toplanması, taşınması ve işlenmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, Çankaya İlçesi Çevre Koruma ve Kontrol Müdürlüğü işbirliği ile Çankaya Belediyesi için AEEE yönetimine destek olacak bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Çalışma kapsamında ilk olarak Çankaya ilçesi için AEEE miktarları televizyon, buzdolabı, çamaşır makinesi, fırın ve elektrikli süpürge için kullanıcı davranışları dikkate alınarak tahmin edilmiştir. Daha sonra AEEE toplama noktalarının belirlenmesi için yer seçimi problemi bir küme örtme problemi olarak ele alınmış ve çözülmüştür