A branch-cut-and-price approach for the single-trip and multi-trip two-echelon vehicle routing problem with time windows

The paper studies the two-echelon capacitated vehicle routing problem with time windows, in which delivery of freight from depots to customers is performed using intermediate facilities called satellites. We consider the variant of the problem with precedence constraints for unloading and loading freight at satellites. This variant allows for storage and consolidation of freight at satellites. Thus, the total transportation cost may decrease in comparison with the alternative variant with exact freight synchronization at satellites. We suggest a mixed integer programming formulation for the problem with an exponential number of route variables and an exponential number of precedence constraints which link first-echelon and second-echelon routes. Routes at the second echelon connecting satellites and clients may consist of multiple trips and visit several satellites. A branch-cut-and-price algorithm is proposed to solve efficiently the problem. This is the first exact algorithm in the literature for the multi-trip variant of the problem. We also present a post-processing procedure to check whether the solution can be transformed to avoid freight consolidation and storage without increasing its transportation cost. Our algorithm significantly outperforms another recent one for the single-trip variant of the problem. We also show that all single-trip literature instances solved to optimality admit optimal solutions of the same cost for both variants of the problem either with precedence constraints or with exact synchronization constraints

A branch-cut-and-price approach for the single-trip and multi-trip two-echelon vehicle routing problem with time windows

International audienceThe paper studies the two-echelon capacitated vehicle routing problem with time windows, in which delivery of freight from depots to customers is performed using intermediate facilities called satellites. We consider the variant of the problem with precedence constraints for unloading and loading freight at satellites. In this variant allows for storage and consolidation of freight at satellites. Thus, the total transportation cost may decrease in comparison with the alternative variant with exact freight synchronization at satellites. We suggest a mixed integer programming formulation for the problem with an exponential number of route variables and an exponential number of precedence constraints which link first-echelon and second-echelon routes. Routes at the second echelon connecting satellites and clients may consist of multiple trips and visit several satellites. A branch-cut-and-price algorithm is proposed to solve efficiently the problem. This is the first exact algorithm in the literature for the multi-trip variant of the problem. We also present a post-processing procedure to check whether the solution can be transformed to avoid freight consolidation and storage without increasing its transportation cost. It is shown that all single-trip literature instances solved to optimality admit optimal solutions of the same cost for both variants of the problem either with precedence constraints or with exact synchronization constraints. Experimental results reveal that our algorithm can be used to solve these instances significantly faster than another recent approach proposed in the literature

Habilitation à Diriger des Recherches: Amélioration de performance des systèmes de production: apport des algorithmes évolutionnistes aux problèmes d’ordonnancement cycliques et flexibles

Ce mémoire traite de l’amélioration de performance des systèmes de production discrets au niveauopérationnel selon deux points de vue complémentaires.Le premier concerne les problèmes rencontrés dans les applications réelles du domaine industriel. Lacaractéristique essentielle de ces systèmes est leur complexité qui rend difficile la modélisation et l’optimisationpar des approches analytiques. Sur ce plan, l’apport de notre travail réside dans l’intérêt d’une approchecombinant de multiples méthodes de résolution pour l’aide à l’amélioration de performance de ces systèmes. Ils’agit de la mise oeuvre des outils et concepts de la simulation des systèmes à événements discrets associés auxoutils d’analyse systématique que sont les plans d’expériences, pour l’aide à l’analyse des performances dusystème. Il s’agit également du couplage de cette approche de la simulation avec des méthodes d’optimisationméta-heuristiques développées en recherche opérationnelle pour l’amélioration de performance du système.Cette combinaison de méthodes de résolution se révèle un moyen efficace de pallier la difficulté du problèmeénoncé et d’apporter des solutions efficaces.Le second point de vue abordé dans ce travail concerne le domaine plus académique des problèmesd’ordonnancement et plus particulièrement les problèmes de nature cyclique et flexible. La contribution dumémoire porte sur l’exploitation du concept des algorithmes évolutionnistes pour la résolution de ces problèmes.Le paradigme des algorithmes évolutionnistes ou évolutifs s’inspire du processus de l’évolution naturelle. Il estapparu que les méthodes d’optimisation approchées en général et évolutionnistes en particulier n’ont été que trèspeu mises en oeuvre pour la résolution de ces deux catégories de problèmes d’ordonnancement dont lacomplexité est de manière générale de type NP-difficile. L’idée développée à travers nos travaux est de montrerle potentiel de ces algorithmes pour la résolution des problèmes cycliques et flexibles et donc d’étendre leurdomaine de résolution qui était jusqu’alors essentiellement restreint aux problèmes d’ordonnancement standards,non cycliques.L’organisation du mémoire correspond aux deux points de vue mentionnés ci-dessus et comporte deuxparties principales.La première partie propose une méthode générale d’amélioration de performance des systèmes deproduction qui est constituée de deux étapes. La première étape est centrée sur l’évaluation de performance dusystème en utilisant les plans d’expérience dans le contexte de la simulation des systèmes à événements discrets.La seconde étape aborde la mise en oeuvre de méthodes méta-heuristiques pour l’amélioration de performance.Ces travaux ont été validés sur une ligne de production de grande série du secteur automobile.La seconde partie de ce mémoire aborde la résolution de problèmes d’ordonnancement par les méthodesévolutionnistes. Cette partie se décompose plus précisément en six chapitres dont les deux premiers concernentun état de l’art des domaines que nous abordons: dans un premier temps un aperçu du domaine vaste del’ordonnancement est donné en insistant plus particulièrement sur les problèmes cycliques puis dans undeuxième temps, une présentation des méthodes évolutionnistes est proposée en se focalisant sur l’application dece concept au domaine particulier de l’ordonnancement. Les trois chapitres suivants abordent la résolution parles algorithmes génétiques de problèmes d’ordonnancement dans le domaine cyclique ou flexible. Le troisièmechapitre propose une méthode de modélisation par réseaux de Petri et une résolution approchée du job shopcyclique linéaire. Le quatrième chapitre décrit une méthode de résolution des problèmes d’ordonnancement enproduction flexible manufacturière. Enfin, le cinquième chapitre présente une méthode de résolution du job shopflexible multicritère. Finalement, nous présentons un ensemble de perspectives de ces travaux de recherche quiportent sur les trois types de problématiques d’ordonnancement étudiés ainsi que sur les problèmes de transportet notamment les problèmes de routage de véhicules

Opportunistic and Dynamic Reconfiguration of Vehicle Routing Problem Controlled by the Intelligent Product

Part VI: Services, Supply Chains and OperationsInternational audienceThe recent development of information technologies and communications as well as the miniaturization always more pushed of mecatronic components has allowed the emergence of intelligent product paradigm. An intelligent product is an instrumented product which is able to store data, to perceive its environment and to participate in decisions about its own future. The intelligent product paradigm can be used as performance lever in several sectors of the supply chain: the production and manufacturing system, warehousing, reverse logistics, etc. However, few studies exist for the application of the intelligent product paradigm to transportation problem. In this paper, we propose a methodology based on the intelligent product paradigm as well as the transshipment with the aim to show how we can improve, and optimize the transport of products in the supply chain in static or dynamic context

Decentralized planning of production and transportation activities (coordination by negotiation)

Le présent travail propose d étudier les problèmes de coordination en se plaçant dans un contexte de planification decentralisée, partant du postulat qu une gestion centralisée n est pas pertinente au regard des enjeux de confidentialité qu affichent chaque partenaire d une même chaîne logistique. Plus précisément, l objectif du travail réside dans l élaboration d un protocole de négociation tendant à rechercher une solution de planification gagnant-gagnant , i.e. l élaboration de plans satisfaisant le producteur (clients du service transport) tout en augmentant le profit des prestataires de transport. La méthodologie suivie pour le développement de ce travail s articule autour de deux étapes. Le contexte de planification decentralisée des activités d un producteur avec celles d un opérateur de transport est dans un premier temps étudié. L objectif est de caractériser les modèles de programmation linéaire et les raisonnement nécessaires au développement du protocole de coordination et à la mise en œuvre de la simulation du comportement des deux partenaires, de manière à mettre en exergue les facteurs influant la performance globale. L expérimentation conduite dans ce cadre s appuie sur la notion de plans d expériences. Le problème est dans un second temps étendu à la coordination des activités de plusieurs opérateurs de transport avec un producteur. Dans ce nouveau contexte, la résolution du problème de répartition de charges de transport entre les différents acteurs est intégrée dans le processus de négociation. Les modèles et protocole ainsi enrichis sont validés sur la base de plusieurs cas de tests.The present work aims to study the coordination problems in the context of decentralized planning, based on the postulate that centralized management is not suitable regarding the confidentiality objectives of each partner of the same supply chain. More specifically, the aim of this work is to develop a negotiation protocol seeking to reach a win-win planning solution, i.e. the development of plans satisfying the producer (the customer of transportation service) while increasing profit of transport operators. The development methodology of this work contains two phases. The context of decentralized planning of activities of one producer and one transport operator is firstly studied. The main objective is to characterize the linear programming models and the key determinants to develop the coordination protocol and also to implement the simulation of both partners in order to identify the factors affecting the overall performance. The conducted experimentation in this context is based on the concept of the design of experiments. The problem is extended in a second phase to the coordination of several transport operators with one producer. In this new context, the problem of allocating transport load to different transport operators is integrated into the negotiation process. The complemented models and protocol are validated based on test cases.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Cyclic scheduling for F.M.S.: Modelling and evolutionary solving approach

International audienceThis paper concerns the domain of flexible manufacturing systems (FMS) and focuses on the scheduling problems encountered in these systems. We have chosen the cyclic behaviour to study this problem, to reduce its complexity. This cyclic scheduling problem, whose complexity is NP-hard in the general case, aims to minimise the work in process (WIP) to satisfy economic constraints. We first recall and discuss the best known cyclic scheduling heuristics. Then, we present a two-step resolution approach. In the first step, a performance analysis is carried out; it is based on the Petri net modelling of the production process. This analysis resolves some indeterminism due to the system's flexibility and allows a lower bound of the WIP to be obtained. In the second step, after a formal model of the scheduling problem has been given, we describe a genetic algorithm approach to find a schedule which can reach the optimal production speed while minimizing the WIP. Finally, our genetic approach is validated and compared with known heuristics on a set of test problems

An improved branch-cut-and-price algorithm for the two-echelon capacitated vehicle routing problem

In the paper, we propose a branch-cut-and-price algorithm for the two-echelon capacitated vehicle routing problem in which delivery of products from a depot to customers is performed using intermediate depots called satellites. Our algorithm incorporates significant improvements recently proposed in the literature for the standard capacitated vehicle routing problem such as bucket graph based labeling algorithm for the pricing problem, automatic stabilization, limited memory rank-1 cuts, and strong branching. In addition, we make some specific problem contributions. First, we introduce a new route based formulation for the problem which does not use variables to determine product flows in satellites. Second, we introduce a new branching strategy which significantly decreases the size of the branch-and-bound tree. Third, we introduce a new family of satellite supply inequalities, and we empirically show that it improves the quality of the dual bound at the root node of the branch-and-bound tree. Finally, extensive numerical experiments reveal that our algorithm can solve to optimality all literature instances with up to 200 customers and 10 satellites for the first time and thus double the size of instances which could be solved to optimality

An exact algorithm for the Two-Echelon Capacitated Vehicle Routing Problem

International audienc