Investigação de metaheurísticas aplicadas ao problema de roteamento de veículos multiobjetivo com coleta opcional

• Autor(a) principal: Luciana Pereira de Assis
• Data de Publicação: 2013
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUBD-9VKG9T
• topic: Engenharia Elétrica; Engenharia elétrica

Os problemas de roteamento de veículos com serviços de coleta e entrega constituem um problema básico de logística reversa. Em geral, este problema consiste em definir rotas de menor custo que satisfaçam a todas as demandas de coleta e entrega dos consumidores, respeitando a capacidade limitada dos veículos. Entretanto, em diversas situações reais, esses problemas não se limitam a apenas um único objetivo, havendo outros critérios de desempenho que precisam ser avaliados, tais como satisfação dos clientes, satisfação dos funcionários ou atendimento da legislação vigente. É neste contexto que se inserem as contribuições deste trabalho, propondo uma abordagem multiobjetivo para problemas de roteamento de veículos com serviços de coleta e entrega. No modelo matemático apresentado, as demandas de coleta não são mais obrigatórias e passam a ser desejáveis. Logo, os objetivos são a minimização do custo de transporte e a maximização do atendimento das demandas de coleta. Devido à complexidade computacional do problema, quatro algoritmos heurísticos foram implementados: MOGVNS, NSGA-II, P e IBMOLS que exploram as especificidades das metaheurísticas de busca local, de população e de métodos tradicionais de resolução de problemas multiobjetivo como o -Restrito. A qualidade dos algoritmos foi avaliada em 2 conjuntos de instâncias de teste da literatura. O primeiro conjunto de instâncias é composto por 40 problemas teste contendo 50 consumidores. O outro é composto por 14 problemas teste no qual o número de consumidores varia entre 50 a 200. A análise em diferentes grupos de instâncias permitiu qualificar os algoritmos em problemas de tamanhos variados. As soluções obtidas foram avaliadas segundo as métricas hipervolume, cardinalidade, tempo de execução e cobertura. Após análise estatística de cada uma das métricas, os testes de hipótese demostraram diferenças significativas entre os algoritmos, apontando uma superioridade do MOGVNS em relação aos algoritmos NSGA-II e IBMOLS. Analisando o hipervolume vi e cobertura, as soluções retornadas pelo MOGVNS estão mais próximas da fronteira Pareto ótima e melhores distribuídas, para ambos conjuntos de instâncias. Dessa forma, uma análise mais detalhada foi realizada em torno do MOGVNS, verificando a qualidade da solução em um dos pontos da fronteira, no qual é possível comparar com resultados da literatura. Assim, o MOGVNS alcançou bons resultados em relação a solução encontrada para o Problema de Roteamento de Veículos com Coleta e Entrega Simultânea que é um ponto extremo da fronteira, no qual todas as demandas de coletas são atendidas. Além disso, a fronteira Pareto ótima foi encontrada para duas instâncias com menor número de consumidores e para as demais foi definido um limite inferior. Os resultados apresentados mostraram que o MOGVNS alcança a solução ótima em grande parte dos pontos da fronteira e pontos mais próximos do limite inferior. Durante a geração dos limites inferiores, observou-se que a diferença entre os limites inferior e superior, apresentado pelo resolvedor, foi muito elevado mesmo com um tempo computacional limitado em 5 dias. Estes dados reforçam a necessidade de estudo e aplicação de métodos heurísticos eficientes para encontrar uma solução para o problema em um tempo viável. Por fim, os resultados também comprovaram a importância de uma abordagem multiobjetivo para o problema tratado. De modo geral, os problemas nos quais a soma das demandas de coleta é menor que a soma das demanas de entrega, a diferença no custo de transporte entre os extremos da fronteira é muito pequena, ou seja, a diferença no custo de transporte gasto para efetuar todas as coletas e não efetuá-las é quase insignificante. De posse destas informações e de gráficos da fronteira que permitam visualizar todas as soluções passíveis de serem aplicadas, o tomador de decisões poderá adotar soluções mais eficientes e adequadas à realidade.