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Metaheurística para o Problema de Carregamento e Roteamento de Veículos
Olinto César Bassi de AraújoUFSM
Vinícius Amaral ArmentanoUNICAMP
São Carlos, abril de 2009.
Sumário
Apresentação do problema
Busca Tabu para resolução do 3L-CVRP
Variações na definição do problema
Função objetivo
Restrições de carregamento (LIFO)
Resultados preliminares para 3L-VRPTW
Conclusões
Apresentação do problema
• 3L-CVRP
• Rotamento
Cada cliente é servido por exatamente um veículo
O limite da capacidade de peso do veículos deve ser respeitada
Para cada veículo existe um carregamento 3D factível
• Empacotamento 3D
orientação vertical fixa
fragilidade
projeção da área de apoio
múltiplos destinos
Apresentação do problema
Exemplo de empacotamento
30 35 40 45 50 5520
25
30
35
40
45
50
5
10
9
2
11
Depósito
Apresentação do problema
Exemplo de empacotamento e roteamento
Busca Tabu para o 3L-CVRP
Busca Tabu
Gendreau et al. (2006) O algoritmo aceita movimentos que produz soluções infactíveis (excesso
de peso ou excesso de comprimento do carregamento)
Solução inicial : heurística construtiva de Clarke e Wright (1964)
Vizinhança : Troca + Inserção
avalição = (dist. total)+(excesso peso)+(excesso comp.)+f(i,j)
Busca Tabu para o 3L-CVRP
Instância # caixas # v GILM1 GILM2 # v AAcr % d1 % d2
E016-03m 32 5 316,32 316,32 4 304,13 -4,01 -4,01
E016-05m 26 5 350,58 350,58 5 334,96 -4,66 -4,66
E021-04m 37 5 447,73 447,73 5 391,65 -14,32 -14,32
E021-06m 36 6 448,48 448,48 6 447,98 -0,11 -0,11
E022-04g 45 7 464,24 464,24 6 454,14 -2,22 -2,22
E022-06m 40 6 504,46 504,46 6 499,07 -1,08 -1,08
E023-03g 46 6 831,66 831,66 6 865,77 4,10 4,10
E023-05s 43 8 871,77 873,14 6 823,21 -5,90 -6,07
E026-08m 50 8 666,10 676,60 8 645,14 -3,25 -4,88
Tabela 1. Resultados para instâncias de Gendreau et al. (2006) – n 25
Busca Tabu para o 3L-CVRP
Instâncias # caixas # v GILM1 GILM2 # v AAcr % d1 % d2
E030-03g 62 10 911,16 893,61 8 849,33 -7,28 -5,21
E030-04s 58 9 819,36 818,65 8 822,17 0,34 0,43
E031-09h 63 9 651,58 717,74 9 625,92 -4,10 -14,6
E033-03n 61 9 2.928,34 2.816,93 7 2.807,56 -4,30 -0,33
E033-04g 72 11 1.559,64 1.548,41 8 1.494,67 -4,35 -3,60
E033-05s 68 10 1.452,34 1.488,79 8 1.467,70 1,06 -1,44
E036-11h 63 11 707,85 714,37 11 702,70 -0,73 -1,66
E041-14h 79 14 920,87 909,99 14 879,57 -4,70 -3,46
E045-04f 94 14 1.400,52 1.452,02 11 1.316,12 -6,41 -10,3
Tabela 2. Resultados para instâncias de Gendreau et al. (2006) – 25 < n < 50
Busca Tabu para o 3L-CVRP
Tabela 3. Resultados para instâncias de Gendreau et al. (2006) – n 50
Instâncias # caixas # v GILM1 GILM2 # v AAcr % d1 % d2
E051-05e 99 13 871,29 827,99 11 823,48 -5,81 -0,55
E072-04f 147 20 732,12 732,12 17 623,35 -17,45
-17,45
E076-07s 155 18 1.275,20 1.226,20 17 1,168,79 -9,10 -4,91
E076-08s 146 19 1.277,94 1.291,53 19 1,252,62 -2,02 -3,11
E076-10e 150 18 1.258,16 1.271,40 17 1,216,21 -3,45 -4,54
E076-14s 143 18 1.307,09 1.317,86 16 1,193,12 -9,55 -10,45
E101-08e 193 24 1.570,72 1.616,39 22 1,499,02 -4,78 -7,83
E101-10c 199 28 1.847,95 1.839,12 26 1,782,83 -3,65 -3,16
E101-14s 198 25 1.747,52 1.773,50 25 1,675,28 -4,31 -5,86
Busca Tabu para o 3L-CVRP
# veículos
%d1 %d2 GILM AAcr
Média -4,52 -4,87
Total 336 306
Tabela 4. Resumo dos resultados para todos os grupo de instâncias
Variações na definição do problema
Função objetivo
O bin packing problem associado ao CVRP é NP-hard, no entanto, para as instâncias disponíveis não é de difícil resolução;
Para problemas de roteamento de veículos com janela de tempo e/ou restrição de distância, encontrar o número mínimo de veículos não é um cálculo trivial;
Variações na definição do problema
Função objetivo
Nestes casos, geralmente o número de veículos é considerado como um objetivo a ser minimizado e o custo fixo é incorporado à função objetivo.
No 3L-CVRP o cálculo do número mínimo de veículos leva a resolução de um Bin Packing tridimensional com restrições do tipo LIFO para o carregamento das demandas.
Variações na definição do problema
Função objetivo
Bin Packing tridimensional com restrições de múltiplos destinos
demand n
demand 1
?
Variações na definição do problema
Função objetivo
Resultados detalhados para 2L-CVRP divulgados por Fuellerer et al. (2009) utilizam diferentes números de veículos para uma mesma instância.
Variações na definição do problema
20 veículos
Variações na definição do problema
19 veículos
Variações na definição do problema
Instância#v
FDHI AA
07-02 5 4
07-03 5 4
10-02 6 5
11-02 6 5
18-02 8 719-03 11 10
20-04 15 14
20-05 13 12
21-04 14 13
23-04 16 15
27-04 20 19
30-04 30 29
32-05 32 31
33-03 39 38
34-04 49 4835-02 44 43
36-05 42 41
Tabela 5. Resultados para instâncias Iori (2004)
AA reduz 1 bin em 17 instâncias e obtémo mesmo número de binnas demais instâncias
Variações na definição do problema
Função objetivo
Com um número menor de veículos aumenta a dificuldade de encontrar um empacotamento tridimensional factível para as rotas.
Estimar a ocupação dos veículos:
Aprile, Egeblad, Garavelli, Lisi, Pisinger, 2007. Logistics Optimization: Vehicle Routing with Loading Constraints, 19th International Conference on Production Research.
Representação do empacotamento tridimensional Matriz de superfície Graph-theoretical characterization
Variações na definição do problema
Conjunto de instâncias
X
Variações na definição do problema
Restrições de múltiplos destinos
Lin and Yu, 2006. A Heuristic Algorithm for the Three-Dimensional Container Packing Problem with Zero Unloading Cost Constraint,IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics October 8-11, 2006, Taipei, Taiwan.
Resultados preliminares para 3L-VRPTW
AM DSC VS
Instâncias # veículos distância # veículos distância # veículos distância
GI/I1-01 9 762,59 8 635,85 8 625,87
GI/I1-02 8 675,24 8 610,96 7 595,78
GI/I1-03 6 1.250,86 6 548,22 6 504,48
GI/I1-04 6 605,72 6 493,03 5 472,85
GI/I1-05 9 1.398,47 7 580,31 6 570,33
GI/I2-01 5 2.668,55 5 572,32 4 731,671
GI/I2-02 5 2.555,26 5 526,13 4 731,631
I/I2-03 5 2.526,11 5 509,87 4 598,299
GI/I2-04 5 1.953,67 5 479,19 5 453,179
GI/I2-05 5 635,96 5 504,79 4 678,582
Tabela 6. Resultados para instancias Moura e Oliveira (2008)
Conclusões
Propor novos modelos para o problema 3L-CVRP
Considerar redução da vizinhança da busca tabu baseada em estimativa do carregamento tridimensional.
Gerar conjuntos de instâncias para o 3L-CVRP e 3L-VRPTW.