ABSTRACT In this paper, we propose a math-heuristic that combines mathematical programming techniques with a heuristic approach based on the Simulated Annealing metaheuristic to solve the Two-Echelon Capacitated Vehicle Routing Problem (2E-CVRP). This problem arises in the context of a distribution network that is divided in two levels: satellite facilities that connect customers to fulfilment centers where freight originates. As it is an NP-hard problem, the proposed approach combines a cluster-first route-second math-heuristic in which approaches are more appropriate, particularly for problem sizes that are more commonly found in practice. The results of the experiments with benchmark instances show that such cluster-first route-second math-heuristic approach utilizing package solvers (CPLEX and TSP CONCORDE) can effectively help solving the CVRP for small instances when compared to an exact method. The experiments conducted on benchmark instances demonstrated the effectiveness of the proposed “cluster-first, route-second” math-heuristic approach, which utilizes package solvers such as CPLEX and TSP CONCORDE, in solving the CVRP for small instances, outperforming exact methods. This research contributes to demonstrating the potential applications of package solvers on heuristic structures for solving the CVRP. Although the presented math-heuristic has limitations, mainly due to the extensive usage of mathematical programming and the chosen characteristics of the implemented local search operators, it can quickly generate high-quality initial solutions for medium and large instances. By showcasing the “cluster-first, route-second” approach, this paper provides a framework that can be further improved by local search or embedded in other metaheuristics, such as GRASP or tabu search, and has practical implications for various industries.

Resumo Este trabalho trata do problema de roteirização de veículos para o abastecimento de linhas de produção. Nesse problema, peças estão armazenadas em um estoque central e devem ser transferidas para pontos de uso localizados ao longo da linha de produção. O ritmo de fabricação na linha de produção é suposto constante, o que torna periódica a necessidade de reposição das embalagens contendo as peças. Uma frota de rebocadores transporta as embalagens dispostas sobre plataformas com rodas, configurando um comboio. O objetivo do problema é roteirizar a frota de rebocadores, maximizando sua utilização e garantido o atendimento da demanda gerada pela linha de produção. O problema é comum a muitas empresas de manufatura de bens de consumo e possui impacto direto nos custos operacionais. A literatura sobre o tema é escassa e as soluções empregadas na indústria habitualmente se baseiam na experiência prática de operadores ou responsáveis pela movimentação de materiais. Para a solução do problema, é proposta uma heurística baseada em métodos de inserção, aplicada a um caso na indústria automobilística. A comparação entre a solução obtida e aquela formulada por operadores demonstrou ganho no número de rotas.

Abstract This work deals with the routing of vehicles for material delivery to assembly lines. In this problem, parts are stored in central depot to be distributed to points of use located along the production line. Production rate in the assembly line is considered constant, which means that parts are delivered to points of use periodically. The boxes or containers with parts are moved by a fleet of tow cars using wheeled towed carts. The objective of this problem is to determine a set of routes that use the tow cars, aiming to maximize their utilization while ensuring that the demand for parts along the assembly line is fulfilled. This problem is common to several companies and has direct impacts on material handling costs. This subject is not commonly found in the literature, and several companies use operator experience to determine the routes of tow cars. In this work, we propose a heuristic based on insertion and improvement procedures to find a good solution for the problem. The heuristic was applied to a real problem and yielded to the reduction of the number of routes when compared to manual solution.

ResumoNeste trabalho é apresentado um modelo matemático aplicado a um problema real de localização de centros de distribuição na Região Nordeste do Brasil para uma indústria que tem toda sua produção em uma região remota do Brasil. Nessa modelagem foram considerados critérios de decisão não aplicados conjuntamente na literatura científica. Mais especificamente é proposto um modelo de programação inteira mista que considera três camadas de instalações, dois tipos de modais, restrições de capacidade, custos fixos e variáveis para as unidades, além de múltiplos critérios, como custo operacional e de investimento, nível de serviço, impactos na sociedade e questões operacionais para a função de valor atribuída a cada solução. O modelo permite a determinação dos melhores locais para centros de distribuição e do modal utilizado para seu abastecimento, de forma a maximizar o valor da solução. Por meio da aplicação do modelo foram encontradas e comparadas soluções com altos valores de função objetivo. Os resultados foram obtidos considerando dados reais da empresa e possibilitaram a identificação de uma solução com valor 39% maior em relação à solução com a estrutura logística atual.

AbstractThis paper presents a mathematical model applied to a real problem of location of distribution centers in the northeast region of Brazil for an industry that has all its production in a remote region of the country. The model considers decision criteria not jointly applied in the scientific literature. Specifically, we propose a mixed-integer linear programming model that considers three layers, two types of modals, capacity constraints, fixed and variable facility costs, and multiple criteria such as operating and investment costs, level of service, society impact, and operational issues for the value function assigned to each solution. The model allows the determination of the best locations for distribution centers and which modal should be used for its supply to maximize the value of the solution. The application of the model resulted in different solutions with high values of objective functions. The results were obtained using real data and a solution with 39% value improvement compared with the current logistic structure was found.

Este artigo trata do problema de distribuição física que envolve o agrupamento e alocação de entregas a uma frota de veículos visando minimizar o frete total. Este problema surge em diferentes situações práticas em que os pontos a serem atendidos estão suficientemente próximos entre si de tal modo que as distâncias percorridas entre paradas consecutivas podem ser consideradas irrelevantes para o custo total de entregas da frota e, portanto, podem ser desconsideradas para o cálculo dos fretes pagos a terceiros que realizam esse serviço. Este trabalho propõe um método de resolução para um problema de binpacking generalizado com restrições adicionais encontrado em situações práticas de logística e transporte de cargas. Neste trabalho é proposta uma meta-heurística de Busca Decomposta em Vizinhança Variável (VNDS) para a resolução desse problema. Experimentos computacionais com instâncias de problemas benchmarking da literatura evidenciam que essa meta-heurística produz bons resultados (obteve a solução ótima ou próxima do limite inferior em todas as instâncias testadas) em tempos de processamento bastante reduzidos (até 5,10% mais rápido do que o VNS).

In this paper, we deal with the physical distribution problem that comprises grouping and assigning deliveries to a heterogeneous fleet of vehicles aiming to minimize the total freight cost. This problem arises in several practical situations in which the customers to be served are geographically close enough to each other such that distances traveled between consecutive stops can be regarded as irrelevant when compared to the overall vehicle costs, and thus not considered when establishing the freight rate to be paid to third-party carriers. This work proposes a generalized bin-packing problem resolution method with additional constraint found in logistics and freight transportation practical situations. A VNDS (Variable Neighborhood Decomposition Search) meta-heuristic proposed to solve this problem. Computational experiments conducted using benchmark instances problems from the literature evidence that our heuristic produces improved results (optimal solution or near lower limit in all instances) in very short times (5.10% faster than the VNS).

Este artigo trata de um sistema de apoio à decisão (SAD) baseado em planilha eletrônica para o problema de programação das entregas de concreto produzido em centrais dosadoras, adequado à realidade brasileira. Tal programação engloba as decisões de qual central deverá atender cada cliente e em qual horário cada veículo de entrega deverá ser carregado nessa central, de forma a maximizar a receita marginal total do sistema. São consideradas restrições de capacidade de carregamento de veículos por central, disponibilidade da frota e garantia de atendimento, por uma única central, de todos os pedidos de cada cliente. A fim de resolver esse problema de otimização de maneira rápida e eficiente, é proposto um modelo de programação matemática baseado em uma rede espaço-tempo. O SAD em ambiente de planilha eletrônica, inédito na literatura, possibilita a sua utilização em uma empresa concreteira que opera diversas centrais dosadoras de concreto de maneira fácil e direta, por usuários sem conhecimentos de pesquisa operacional, sendo portanto adequado para empresas que não tem porte ou não estão preparadas para investir em sistemas corporativos de apoio à programação.

This paper addresses a spreadsheet-based decision support system (DSS) for the problem of scheduling the delivery of ready mix concrete produced in concrete batch plants or centers taking into consideration the Brazilian reality. Such scheduling comprises decisions of what facility should serve each customer and what time each delivery vehicle should be loaded, so as to maximize the total marginal revenue of the system. Vehicle loading capacity constraints per center, fleet availability and ensuring that each client's orders are fulfilled by a single plant are considered. In order to solve this optimization problem efficiently we propose a mathematical programming model based on a time-space network. The spreadsheet-based DSS, novel in the literature, allows a concrete company which operates several concrete batch plants company to schedule its daily operations in an easy and straightforward manner, by users with no background in operations research, thus making it especially suitable for companies that are not ready or whose size does not allow the investment in a corporate system to aid the scheduling.

Este artigo descreve um modelo integrado de simulação-otimização para auxiliar na avaliação de uma nova operação de jatos de propriedade compartilhada, que surge na fase de planejamento de um novo negócio, quando é necessário avaliar localizações alternativas para as bases onde ficam os jatos (quantas e onde), assim como estimar a mínima frota requerida e a quantidade de viagens vazias (“deadhead”) que não geram receita. O problema de determinação da frota ótima e alocação das aeronaves aos voos é modelado como um problema de fluxo em rede espaço-tempo de mínimo custo, com base em demandas diárias de vôos geradas a partir de simulação de Monte Carlo. O modelo foi implementado em ambiente de planilha Excel com automatização de todos dos procedimentos de simulação e de montagem e resolução do modelo de otimização, de tal modo que os dados possam ser alimentados, atualizados e modificados, e os modelos processados por qualquer pessoa sem conhecimento ou domínio de pesquisa operacional.

In this paper we describe a simulation-optimization model to help evaluate the feasibility of a new fractional ownership jets operation. This problem arises in the planning phase a new business to be launched, when it is necessary to evaluate alternative base location for the jets (how many and where) as well as to estimate the minimum required fleet size and the amount of deadhead (i.e. empty) trips that do not generate revenue. The problem of determining the fleet requirements, as well as allocation of jets to minimize the empty flights are modeled as a space-time minimum cost network flow model legs based on daily flight demands generated by Monte Carlo simulation. Our model was implemented in Excel spreadsheet with automation of all procedures related to the simulation and to building and solving the optimization model, in such a way that data can be easily inputted, updated and modified, and the models run in an easy and straightforward way by anyone with no required skills in operations research

Neste artigo é proposto um modelo híbrido simulação-otimização para a análise de políticas operacionais para o transporte ferroviário de grãos em um sistema fechado que possibilitem aumentar a sua capacidade global. O núcleo do modelo proposto é um sistema de simulação discreta por eventos desenvolvido em linguagem "Visual Basic for Applications" (VBA), o qual possibilita analisar regras mais flexíveis para decisões quanto ao tratamento de filas. Mais especificamente, dez decisões relacionadas às operações ferroviárias (alocação de ativos ferroviários e gestão de filas) são substituídas por regras de priorização que buscam refletir as decisões tomadas na prática. É também proposta uma heurística baseada no algoritmo de Hooke & Jeeves para determinar o melhor subconjunto de regras de priorização. O modelo foi aplicado a um problema real que corresponde ao sistema de transportes de grãos constituído pela Ferrovia Centro-Atlântica, Estrada de Ferro Vitória a Minas e pelo o Porto de Tubarão. Os resultados demonstram que essas regras de priorização proporcionam maior capacidade global do sistema quando comparadas as decisões mais simples próprias de um modelo de simulação discreta por eventos.

In this article we propose a hybrid simulation-optimization model to analyze alternative operational policies for the rail transport of grains in a closed loop system aiming to increase its overall capacity. The core of the proposed model is a discrete event simulation system developed in "Visual Basic for Applications" (VBA) that allows more flexible rules to be analyzed for the main decisions regarding queues. In our model ten different decisions related to rail operations (mainly rail asset allocation and queue management) are replaced by prioritization rules that aim to more closely reflect how decisions are made in practice. We also propose an optimization approach based on Hooke & Jeeves algorithm in order to determine the best subset of prioritization rules. Our model was applied to a real-world problem related to a grain transportation system composed of Centro-Atlântica and Vitória a Minas Railways and the Port of Tubarão. The results show that these prioritization rules can effectively yield to increased overall system capacity when compared to simpler decisions allowed by a discrete event simulation model.

O presente trabalho trata do problema da determinação de rota de separação manual de peças em armazéns que minimize a distância total percorrida pelo separador. O problema abordado é prático e comum a várias empresas, com impacto nos custos operacionais e relevância para a assertividade em relação aos itens coletados. Ainda assim, o tema é pouco explorado nos estudos de roteirização disponíveis em língua portuguesa e muitas empresas optam por confiar nas rotas criadas empiricamente pelos separadores. O método de roteirização proposto é baseado em programação dinâmica e foi implementado em ambiente de planilha eletrônica. O algoritmo utilizado como método de solução é eficiente, flexível e genérico para ser utilizado em armazéns com dois corredores transversais, independente da política de localização ou separação adotada e, por sua facilidade de implementação e utilização, representa uma alternativa de roteirização eficiente e de baixo custo para pequenas e médias empresas.

This work deals with the problem of finding the route that minimizes the total distance traveled by individuals working in the picking process in a warehouse. This problem is practical and common to several companies impacting their operational costs, and it is relevant for reducing miss-picking. Despite its importance, this issue has been little explored in the scientific literature in Portuguese, and thus many companies still rely on their picking personnel to subjectively determine the best routes to be followed. We propose a solution algorithm based on dynamic programming, which was implemented in spreadsheet environment. It is flexible and generic thus allowing its use in any warehouse with two traverse corridors, independent of the localization policy or separation strategy adopted. Furthermore, due to its easy implementation and utilization, this algorithm represents an efficient low cost routing alternative for small and average size companies.

Este artigo aborda um problema real de seqüenciamento (roteirização) e programação de visitas domiciliares realizadas diariamente por um conjunto de gerentes de uma instituição bancária. As visitas, com hora marcada, são agendadas por telefone a partir de um sistema tipo tele-atendimento e devem ser programadas até o final do dia, para atendimento no dia seguinte. Os gerentes estão alocados em diferentes agências. Isso pode ser formulado como um problema de roteirização e programação de veículos com restrições de janela de tempo e múltiplas bases. Ao contrário da quase totalidade dos problemas reais que envolvem roteirização e programação de veículos, que requerem heurísticas em função de sua complexidade combinatória, as características particulares do problema em questão permitiram sua simplificação e solução por intermédio de um algoritmo exato, por sua representação como um problema de fluxo em rede. O algoritmo proposto foi implementado e aplicado com sucesso ao problema.

This paper deals with a real problem of sequencing (routing) and scheduling daily home visits by managers of a large bank corporation. The visits are scheduled in advance by phone operators for the following day. The managers are located in different branches of the bank. This problem can be formulated as a multi-depot routing and scheduling problem with time windows constraints. Contrary to most vehicle and staff routing and scheduling problems, which require heuristic solution methods due to their combinatorial complexity, the special features of the proposed problem allow it to be simplified and solved through an exact algorithm, which is based on a minimum cost network flow model. The proposed solution algorithm has been implemented and successfully used to solve the problem.