Solution methods for a maritime inventory routing problem

• Autor(a) principal: Friske, Marcelo Wuttig
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/218236
• topic: Algoritmos; Pré-processamento; Matheuristics; Metaheuristicas; Pesquisa operacional; Maritime inventory routing problem; Formulations

Esta tese de doutorado apresenta matheuristicas e metaheuristicas para resolver um Problema de Roteamento de Inventário Marítimo (MIRP - Maritime Inventory Routing Problem) de produto único. O problema combina dois componentes chave: o roteamento de navios e a gestão de estoque nos portos. Cada porto possui uma capacidade de estocagem e produz ou consome determinada quantidade de produto ao longo do horizonte de planejamento. A frota de navios é heterogênea, sendo que os navios diferem entre si por capacidade, velocidade, e custos de navegação. O problema consiste em definir uma rota e um escalonamento para cada navio, que é composto por uma sequência de visitas a portos de carregamento e descarregamento em períodos de tempo específicos. Além disso, é necessário definir em cada visita a quantidade a ser carregada/descarregada pelo navio. São consideradas restrições de capacidade de estoque nos portos e capacidade dos navios, além de restrições auxiliares baseadas em cenários do mundo real. O objetivo é maximizar a receita através da entrega de produto nos portos de descarregamento, subtraindo os custos operacionais e de viagem dos navios. A estrutura matheurística é composta por um algoritmo relax-and-fix e por um algoritmo fix-and-optimize. O primeiro constrói uma solução inicial e consiste em dividir o problema em subproblemas que são resolvidos de forma iterativa. O segundo é responsável por melhorar a solução obtida pelo primeiro, resolvendo problemas inteiros mistos parcialmente fixados de forma iterativa. A estrutura matheuristica foi testada em duas formulações de tempo discreto: um modelo de rede espaço-tempo e um modelo de fluxo de carga fixa. Além disso, diversos componentes para foram propostos, tais como restrições adicionais, desigualdades válidas e pré processamento. A solução metaheuristica é composta de um algoritmo multi-start e algoritmo large neighborhood search, sendo o primeiro método a ser proposto para a variante do MIRP considerada neste trabalho que não depende de um resolvedor matemático para obter soluções. Os testes computacionais foram executados sob instâncias da literatura e instâncias modificadas. Nós avaliamos a contribuição de diferentes componentes das formulações da estrutura matheuristica, além de diferentes valores de parâmetros da abordagem metaheuristica considerando a qualidade da solução obtida e o tempo de execução. Foram considerados testes com a definição de parâmetros a priori e também utilizando uma ferramentade configuração automática de parâmetros. Os resultados demonstraram que os métodos propostos são potencialmente efetivos para resolver o problema quando aplicados a um conjunto de instâncias públicas, obtendo novas melhores soluções conhecidas, e fornecendo soluções para instâncias nas quais não foram apresentadas na literatura tentativas de solução.