metaheurística para o problema de carregamento e roteamento de veículos olinto césar bassi de...
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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.
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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
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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
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Apresentação do problema
Exemplo de empacotamento
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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
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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)
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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
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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
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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
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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
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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;
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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.
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Variações na definição do problema
Função objetivo
Bin Packing tridimensional com restrições de múltiplos destinos
demand n
demand 1
?
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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.
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Variações na definição do problema
20 veículos
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Variações na definição do problema
19 veículos
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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
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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
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Variações na definição do problema
Conjunto de instâncias
X
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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.
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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)
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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.