Otimização adaptativa baseada em simulação para problemas de roteirização e programação de veículos com janelas de tempo

Abstract

Organizações necessitam transportar seus produtos, para que cheguem no tempo certo, na medida certa e com a qualidade até o seu destino final. A qualidade define-se como a adequação do produto ao desejo do cliente, gerando satisfação, a qual, é almejada pelas empresas, já que assim poderão manter a competitividade e sua permanência no mercado. Um dos fatores mais importante com relação aos custos logísticos na cadeia de suprimentos é o custo de transporte. A programação de transporte, em cadeias de suprimento se caracteriza, tanto no âmbito empresarial quanto em pesquisas científicas, como um desafio relevante. Dessa forma esse trabalho tem como objetivo geral desenvolver uma abordagem de otimização baseada em simulação (simulation-based optimization SBO) com enfoque em minimização de custo para problemas de roteirização de veículos com janelas de tempo. Neste trabalho estão presentes três artigos submetidos a periódicos ou conferências internacionais. O primeiro artigo apresenta uma análise do estado da arte em relação a otimização baseada em simulação para problemas de roteirização de veículos com o intuito de verificar os principais conceitos, direções e lacunas de pesquisas, e discute sobre o desenvolvimento de um novo conceito SBO em logística e transporte. O segundo artigo segue na direção de apresentar um modelo conceitual com a descrição do comportamento do sistema considerando a interação do método SBO com o nível de execução baseado numa sequência de atividades apresentandos em um framework, incluindo sua aplicação em um caso teste através de dados determinísticos. Por fim o terceiro artigo contempla a integração do modelo de simulação e otimização. Para resolver o modelo, um algoritmo baseado na meta-heurística Simulated Annealing (SA) foi desenvolvido e aplicado em um caso teste baseado em uma das instâncias fornecidas por Solomon, aplicado a 100 clientes atendidos por um depósito. Os veículos possuem um comportamento dinâmico, pois o tempo de viagem segue uma distribuição probabilística, que simula tempos estocásticos, assim como o tempo de atendimento em cada cliente. Por fim, os resultados são comparados com outros métodos apresentados na literatura. Do ponto de vista prático, o método proposto apresenta-se como suporte à tomada de decisão a gestores através de uma ferramenta que auxilia a programação de transportes. O presente estudo complementa pesquisas científicas contemporâneas e contribui para a inovação tecnológica direcionada ao aprimoramento da programação e controle de sistemas de transporte e logística, através do desenvolvimento de um método de otimização baseado em simulação e orientado a dados para problemas de roteirização de veículos com janelas de tempo.

Abstract : Organizations need to transport their products, to allow it to reach the client at the right time, in the right measure and with quality until the final destination. Quality is defined as the suitability of the product to the customer´s need, generating satisfaction, which is desire by the companies, since this way they can maintain the competitiveness and their permanence in the market. One of the most important factors regarding logistics costs in the supply chain is the transport cost. The transport scheduling in distributed production systems is a major challenge, in industrial praxis as well as in scientific research. In this way, this work has as general objective develop a simulation-based optimization (SBO) approach with focus on cost minimization for vehicle routing and scheduling problems with time windows. In this work three papers submitted to journals or international conferences are present. The first paper presents a bibliometric analysis and bibliographic review on simulation-based optimization for vehicle routing problems in order to verify the main concepts, directions and research gaps, and discusses the development of a new SBO concept in logistics and transportation. The second article follows in the direction of presenting a conceptual model with the description of the behavior of the system considering the interaction of the SBO method with the level of execution based on a sequence of activities presented in a framework, including its application in a test case through deterministic data. Finally, in the third article contemplates the integration of the simulation model and optimization. To solve the model, an algorithm based on the Simulated Annealing (SA) meta-heuristic was developed applied in a case test based on one of the instances provided by Solomon applied to 100 clients served by a depot. The vehicles have a dynamic behavior as their travel time follows a probabilistic distribution, which simulate stochastic times, as well as the service time in each customer. Finally, the results are compared with other methods presented in the literature. From a practical point of view, the proposed method presents itself as a support for the decision-making of managers through a tool that helps the scheduling of transport. The present study complements contemporary scientific research and contributes to technological innovation aimed to improving the scheduling and control of transport and logistics systems by developing a data-driven simulation-based optimization method for vehicle routing problems with time windows.