A multi-criteria decision support system for a routing problem in waste collection

Autor proof

Low prevalence of behavioural and emotional problems among Swiss paediatric patients with inflammatory bowel disease.

OBJECTIVES: Whether behavioural and emotional maladjustment is more prevalent in children with inflammatory bowel disease (IBD) than in healthy controls remains controversial. The aim of this study was to assess paediatric IBD patients for problems with emotional and behavioural adjustment and to examine associations with clinical and demographic variables. METHODS: Data from paediatric patients with IBD enrolled in the Swiss IBD Cohort Study and the results of both the parent-rated Strengths and Difficulties Questionnaire (SDQ) and the self-reported Child Depression Inventory (CDI) were analysed. Of the 148 registered patients, 126 had at least one questionnaire completed and were included. RESULTS: The mean age of 71 patients with Crohn's disease (44 males, 27 females) was 13.4 years, and 12.8 years for the 55 patients with ulcerative or indeterminate colitis. The mean duration of disease was 1.2 and 2.7 years, respectively. The total score of the SDQ was abnormal in 11.4% of cases compared to 10% in the normal population. Abnormal sub-scores were found in 20.2% of subjects for the domain of emotional problems and in 17.1% for problems with peers. The total CDI T score indicated a significantly lower prevalence of clinical depression in IBD patients than in normal youth. No correlation between the total SDQ scores or the CDI T scores and gender, type or duration of IBD, inflammatory markers or disease scores was found. CONCLUSIONS: The prevalence of problems with behavioural and emotional adjustment among Swiss paediatric IBD patients is low and comparable to that of the normal population.

A multi-objective model for a multi-period distribution management problem

The problems arising in commercial distribution are complex and involve several players and decision levels. One important decision is relatedwith the design of the routes to distribute the products, in an efficient and inexpensive way.This article deals with a complex vehicle routing problem that can beseen as a new extension of the basic vehicle routing problem. The proposed model is a multi-objective combinatorial optimization problemthat considers three objectives and multiple periods, which models in a closer way the real distribution problems. The first objective is costminimization, the second is balancing work levels and the third is amarketing objective. An application of the model on a small example, with5 clients and 3 days, is presented. The results of the model show the complexity of solving multi-objective combinatorial optimization problems and the contradiction between the several distribution management objective.

Strategies for an integrated distribution problem

The problems arising in the logistics of commercial distribution are complexand involve several players and decision levels. One important decision isrelated with the design of the routes to distribute the products, in anefficient and inexpensive way.This article explores three different distribution strategies: the firststrategy corresponds to the classical vehicle routing problem; the second isa master route strategy with daily adaptations and the third is a strategythat takes into account the cross-functional planning through amulti-objective model with two objectives. All strategies are analyzed ina multi-period scenario. A metaheuristic based on the Iteratetd Local Search,is used to solve the models related with each strategy. A computationalexperiment is performed to evaluate the three strategies with respect to thetwo objectives. The cross functional planning strategy leads to solutions thatput in practice the coordination between functional areas and better meetbusiness objectives.

Inventory-routing model, for a multi-period problem with stochastic and deterministic demand

The need for integration in the supply chain management leads us to considerthe coordination of two logistic planning functions: transportation andinventory. The coordination of these activities can be an extremely importantsource of competitive advantage in the supply chain management. The battle forcost reduction can pass through the equilibrium of transportation versusinventory managing costs. In this work, we study the specific case of aninventory-routing problem for a week planning period with different types ofdemand. A heuristic methodology, based on the Iterated Local Search, isproposed to solve the Multi-Period Inventory Routing Problem with stochasticand deterministic demand.

Une heuristique à grand voisinage pour un problème de confection de tournée pour un seul véhicule avec cueillettes et livraisons et contrainte de chargement

Dans ce mémoire, nous présentons un nouveau type de problème de confection de tour- née pour un seul véhicule avec cueillettes et livraisons et contrainte de chargement. Cette variante est motivée par des problèmes similaires rapportés dans la littérature. Le véhi- cule en question contient plusieurs piles où des colis de hauteurs différentes sont empilés durant leur transport. La hauteur totale des items contenus dans chacune des piles ne peut dépasser une certaine hauteur maximale. Aucun déplacement n’est permis lors de la li- vraison d’un colis, ce qui signifie que le colis doit être sur le dessus d’une pile au moment d’être livré. De plus, tout colis i ramassé avant un colis j et contenu dans la même pile doit être livré après j. Une heuristique à grand voisinage, basé sur des travaux récents dans le domaine, est proposée comme méthode de résolution. Des résultats numériques sont rapportés pour plusieurs instances classiques ainsi que pour de nouvelles instances.

Models and algorithms for the capacitated location-routing problem

Le problème de localisation-routage avec capacités (PLRC) apparaît comme un problème clé dans la conception de réseaux de distribution de marchandises. Il généralisele problème de localisation avec capacités (PLC) ainsi que le problème de tournées de véhicules à multiples dépôts (PTVMD), le premier en ajoutant des décisions liées au routage et le deuxième en ajoutant des décisions liées à la localisation des dépôts. Dans cette thèse on dévelope des outils pour résoudre le PLRC à l’aide de la programmation mathématique. Dans le chapitre 3, on introduit trois nouveaux modèles pour le PLRC basés sur des flots de véhicules et des flots de commodités, et on montre comment ceux-ci dominent, en termes de la qualité de la borne inférieure, la formulation originale à deux indices [19]. Des nouvelles inégalités valides ont été dévelopées et ajoutées aux modèles, de même que des inégalités connues. De nouveaux algorithmes de séparation ont aussi été dévelopés qui dans la plupart de cas généralisent ceux trouvés dans la litterature. Les résultats numériques montrent que ces modèles de flot sont en fait utiles pour résoudre des instances de petite à moyenne taille. Dans le chapitre 4, on présente une nouvelle méthode de génération de colonnes basée sur une formulation de partition d’ensemble. Le sous-problème consiste en un problème de plus court chemin avec capacités (PCCC). En particulier, on utilise une relaxation de ce problème dans laquelle il est possible de produire des routes avec des cycles de longueur trois ou plus. Ceci est complété par des nouvelles coupes qui permettent de réduire encore davantage le saut d’intégralité en même temps que de défavoriser l’apparition de cycles dans les routes. Ces résultats suggèrent que cette méthode fournit la meilleure méthode exacte pour le PLRC. Dans le chapitre 5, on introduit une nouvelle méthode heuristique pour le PLRC. Premièrement, on démarre une méthode randomisée de type GRASP pour trouver un premier ensemble de solutions de bonne qualité. Les solutions de cet ensemble sont alors combinées de façon à les améliorer. Finalement, on démarre une méthode de type détruir et réparer basée sur la résolution d’un nouveau modèle de localisation et réaffectation qui généralise le problème de réaffectaction [48].

Problèmes de tournées de véhicules avec contraintes de chargement

Cette thèse s’intéresse aux problèmes de tournées de véhicules où l’on retrouve des contraintes de chargement ayant un impact sur les séquences de livraisons permises. Plus particulièrement, les items placés dans l’espace de chargement d’un véhicule doivent être directement accessibles lors de leur livraison sans qu’il soit nécessaire de déplacer d’autres items. Ces problèmes sont rencontrés dans plusieurs entreprises de transport qui livrent de gros objets (meubles, électroménagers). Le premier article de cette thèse porte sur une méthode exacte pour un problème de confection d’une seule tournée où un véhicule, dont l’aire de chargement est divisée en un certain nombre de piles, doit effectuer des cueillettes et des livraisons respectant une contrainte de type dernier entré, premier sorti. Lors d’une collecte, les items recueillis doivent nécessairement être déposés sur le dessus de l’une des piles. Par ailleurs, lors d’une livraison, les items doivent nécessairement se trouver sur le dessus de l’une des piles. Une méthode de séparation et évaluation avec plans sécants est proposée pour résoudre ce problème. Le second article présente une méthode de résolution exacte, également de type séparation et évaluation avec plans sécants, pour un problème de tournées de véhicules avec chargement d’items rectangulaires en deux dimensions. L’aire de chargement des véhicules correspond aussi à un espace rectangulaire avec une orientation, puisque les items doivent être chargés et déchargés par l’un des côtés. Une contrainte impose que les items d’un client soient directement accessibles au moment de leur livraison. Le dernier article aborde une problème de tournées de véhicules avec chargement d’items rectangulaires, mais où les dimensions de certains items ne sont pas connus avec certitude lors de la planification des tournées. Il est toutefois possible d’associer une distribution de probabilités discrète sur les dimensions possibles de ces items. Le problème est résolu de manière exacte avec la méthode L-Shape en nombres entiers.

Solution Methods for Service Network Design with Resource Management Consideration

La gestion des ressources, équipements, équipes de travail, et autres, devrait être prise en compte lors de la conception de tout plan réalisable pour le problème de conception de réseaux de services. Cependant, les travaux de recherche portant sur la gestion des ressources et la conception de réseaux de services restent limités. La présente thèse a pour objectif de combler cette lacune en faisant l’examen de problèmes de conception de réseaux de services prenant en compte la gestion des ressources. Pour ce faire, cette thèse se décline en trois études portant sur la conception de réseaux. La première étude considère le problème de capacitated multi-commodity fixed cost network design with design-balance constraints(DBCMND). La structure multi-produits avec capacité sur les arcs du DBCMND, de même que ses contraintes design-balance, font qu’il apparaît comme sous-problème dans de nombreux problèmes reliés à la conception de réseaux de services, d’où l’intérêt d’étudier le DBCMND dans le contexte de cette thèse. Nous proposons une nouvelle approche pour résoudre ce problème combinant la recherche tabou, la recomposition de chemin, et une procédure d’intensification de la recherche dans une région particulière de l’espace de solutions. Dans un premier temps la recherche tabou identifie de bonnes solutions réalisables. Ensuite la recomposition de chemin est utilisée pour augmenter le nombre de solutions réalisables. Les solutions trouvées par ces deux méta-heuristiques permettent d’identifier un sous-ensemble d’arcs qui ont de bonnes chances d’avoir un statut ouvert ou fermé dans une solution optimale. Le statut de ces arcs est alors fixé selon la valeur qui prédomine dans les solutions trouvées préalablement. Enfin, nous utilisons la puissance d’un solveur de programmation mixte en nombres entiers pour intensifier la recherche sur le problème restreint par le statut fixé ouvert/fermé de certains arcs. Les tests montrent que cette approche est capable de trouver de bonnes solutions aux problèmes de grandes tailles dans des temps raisonnables. Cette recherche est publiée dans la revue scientifique Journal of heuristics. La deuxième étude introduit la gestion des ressources au niveau de la conception de réseaux de services en prenant en compte explicitement le nombre fini de véhicules utilisés à chaque terminal pour le transport de produits. Une approche de solution faisant appel au slope-scaling, la génération de colonnes et des heuristiques basées sur une formulation en cycles est ainsi proposée. La génération de colonnes résout une relaxation linéaire du problème de conception de réseaux, générant des colonnes qui sont ensuite utilisées par le slope-scaling. Le slope-scaling résout une approximation linéaire du problème de conception de réseaux, d’où l’utilisation d’une heuristique pour convertir les solutions obtenues par le slope-scaling en solutions réalisables pour le problème original. L’algorithme se termine avec une procédure de perturbation qui améliore les solutions réalisables. Les tests montrent que l’algorithme proposé est capable de trouver de bonnes solutions au problème de conception de réseaux de services avec un nombre fixe des ressources à chaque terminal. Les résultats de cette recherche seront publiés dans la revue scientifique Transportation Science. La troisième étude élargie nos considérations sur la gestion des ressources en prenant en compte l’achat ou la location de nouvelles ressources de même que le repositionnement de ressources existantes. Nous faisons les hypothèses suivantes: une unité de ressource est nécessaire pour faire fonctionner un service, chaque ressource doit retourner à son terminal d’origine, il existe un nombre fixe de ressources à chaque terminal, et la longueur du circuit des ressources est limitée. Nous considérons les alternatives suivantes dans la gestion des ressources: 1) repositionnement de ressources entre les terminaux pour tenir compte des changements de la demande, 2) achat et/ou location de nouvelles ressources et leur distribution à différents terminaux, 3) externalisation de certains services. Nous présentons une formulation intégrée combinant les décisions reliées à la gestion des ressources avec les décisions reliées à la conception des réseaux de services. Nous présentons également une méthode de résolution matheuristique combinant le slope-scaling et la génération de colonnes. Nous discutons des performances de cette méthode de résolution, et nous faisons une analyse de l’impact de différentes décisions de gestion des ressources dans le contexte de la conception de réseaux de services. Cette étude sera présentée au XII International Symposium On Locational Decision, en conjonction avec XXI Meeting of EURO Working Group on Locational Analysis, Naples/Capri (Italy), 2014. En résumé, trois études différentes sont considérées dans la présente thèse. La première porte sur une nouvelle méthode de solution pour le "capacitated multi-commodity fixed cost network design with design-balance constraints". Nous y proposons une matheuristique comprenant la recherche tabou, la recomposition de chemin, et l’optimisation exacte. Dans la deuxième étude, nous présentons un nouveau modèle de conception de réseaux de services prenant en compte un nombre fini de ressources à chaque terminal. Nous y proposons une matheuristique avancée basée sur la formulation en cycles comprenant le slope-scaling, la génération de colonnes, des heuristiques et l’optimisation exacte. Enfin, nous étudions l’allocation des ressources dans la conception de réseaux de services en introduisant des formulations qui modèlent le repositionnement, l’acquisition et la location de ressources, et l’externalisation de certains services. À cet égard, un cadre de solution slope-scaling développé à partir d’une formulation en cycles est proposé. Ce dernier comporte la génération de colonnes et une heuristique. Les méthodes proposées dans ces trois études ont montré leur capacité à trouver de bonnes solutions.

Optimización del sistema de transporte en el colegio The English School

La optimización de sistemas y modelos se ha convertido en uno de los factores más importantes a la hora de buscar la mayor eficiencia de un proceso. Este concepto no es ajeno al transporte escolar, ambiente que cambia constantemente al ritmo de las necesidades de sus clientes, y que responde ante una fuerte responsabilidad frente a sus usuarios, los niños que hacen uso del servicio, en cuanto al cumplimiento de tiempos y seguridad, mientras busca constantemente la reducción de costos. Este proyecto expone las problemáticas presentadas en The English School en esta área y propone un modelo de optimización simple que permitirá notables mejoras en términos de tiempos y costos, de tal forma que genere beneficios para la institución en términos financieros y de satisfacción al cliente. Por medio de la implementación de este modelo será posible identificar errores comunes del proceso, se identificarán soluciones prácticas de fácil aplicación en el manejo del transporte y se presentarán los resultados obtenidos en la muestra utilizada para desarrollar el proyecto.

Desenvolvimento de um modelo computacional para a ampliação do atendimento do Programa de Acessibilidade Especial Porta a Porta - PRAE

Worldwide, the demand for transportation services for persons with disabilities, the elderly, and persons with reduced mobility have increased in recent years. The population is aging, governments need to adapt to this reality, and this fact could mean business opportunities for companies. Within this context is inserted the Programa de Acessibilidade Especial porta a porta PRAE, a door to door public transportation service from the city of Natal-RN in Brazil. The research presented in this dissertation seeks to develop a programming model which can assist the process of decision making of managers of the shuttle. To that end, it was created an algorithm based on methods of generating approximate solutions known as heuristics. The purpose of the model is to increase the number of people served by the PRAE, given the available fleet, generating optimized schedules routes. The PRAE is a problem of vehicle routing and scheduling of dial-a-ride - DARP, the most complex type among the routing problems. The validation of the method of resolution was made by comparing the results derived by the model and the currently programming method. It is expected that the model is able to increase the current capacity of the service requests of transport

Um estudo algorítmico de problemas logísticos na indústria de petróleo e gás natural

This work consists on the study of two important problems arising from the operations of petroleum and natural gas industries. The first problem the pipe dimensioning problem on constrained gas distribution networks consists in finding the least cost combination of diameters from a discrete set of commercially available ones for the pipes of a given gas network, such that it respects minimum pressure requirements at each demand node and upstream pipe conditions. On its turn, the second problem the piston pump unit routing problem comes from the need of defining the piston pump unit routes for visiting a number of non-emergent wells in on-shore fields, i.e., wells which don t have enough pressure to make the oil emerge to surface. The periodic version of this problem takes into account the wells re-filling equation to provide a more accurate planning in the long term. Besides the mathematical formulation of both problems, an exact algorithm and a taboo search were developed for the solution of the first problem and a theoretical limit and a ProtoGene transgenetic algorithm were developed for the solution of the second problem. The main concepts of the metaheuristics are presented along with the details of their application to the cited problems. The obtained results for both applications are promising when compared to theoretical limits and alternate solutions, either relative to the quality of the solutions or to associated running time

A generalized finite element method with global-local enrichment functions for confined plasticity problems

The main feature of partition of unity methods such as the generalized or extended finite element method is their ability of utilizing a priori knowledge about the solution of a problem in the form of enrichment functions. However, analytical derivation of enrichment functions with good approximation properties is mostly limited to two-dimensional linear problems. This paper presents a procedure to numerically generate proper enrichment functions for three-dimensional problems with confined plasticity where plastic evolution is gradual. This procedure involves the solution of boundary value problems around local regions exhibiting nonlinear behavior and the enrichment of the global solution space with the local solutions through the partition of unity method framework. This approach can produce accurate nonlinear solutions with a reduced computational cost compared to standard finite element methods since computationally intensive nonlinear iterations can be performed on coarse global meshes after the creation of enrichment functions properly describing localized nonlinear behavior. Several three-dimensional nonlinear problems based on the rate-independent J (2) plasticity theory with isotropic hardening are solved using the proposed procedure to demonstrate its robustness, accuracy and computational efficiency.

Many-core Algorithms for Combinatorial Optimization

Combinatorial Optimization is becoming ever more crucial, in these days. From natural sciences to economics, passing through urban centers administration and personnel management, methodologies and algorithms with a strong theoretical background and a consolidated real-word effectiveness is more and more requested, in order to find, quickly, good solutions to complex strategical problems. Resource optimization is, nowadays, a fundamental ground for building the basements of successful projects. From the theoretical point of view, Combinatorial Optimization rests on stable and strong foundations, that allow researchers to face ever more challenging problems. However, from the application point of view, it seems that the rate of theoretical developments cannot cope with that enjoyed by modern hardware technologies, especially with reference to the one of processors industry. In this work we propose new parallel algorithms, designed for exploiting the new parallel architectures available on the market. We found that, exposing the inherent parallelism of some resolution techniques (like Dynamic Programming), the computational benefits are remarkable, lowering the execution times by more than an order of magnitude, and allowing to address instances with dimensions not possible before. We approached four Combinatorial Optimization’s notable problems: Packing Problem, Vehicle Routing Problem, Single Source Shortest Path Problem and a Network Design problem. For each of these problems we propose a collection of effective parallel solution algorithms, either for solving the full problem (Guillotine Cuts and SSSPP) or for enhancing a fundamental part of the solution method (VRP and ND). We endorse our claim by presenting computational results for all problems, either on standard benchmarks from the literature or, when possible, on data from real-world applications, where speed-ups of one order of magnitude are usually attained, not uncommonly scaling up to 40 X factors.

Low prevalence of behavioural and emotional problems among Swiss paediatric patients with inflammatory bowel disease

Whether behavioural and emotional maladjustment is more prevalent in children with inflammatory bowel disease (IBD) than in healthy controls remains controversial. The aim of this study was to assess paediatric IBD patients for problems with emotional and behavioural adjustment and to examine associations with clinical and demographic variables.