949 resultados para optimization, heuristic, solver, operations, research
Resumo:
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.
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The Team Formation problem (TFP) has become a well-known problem in the OR literature over the last few years. In this problem, the allocation of multiple individuals that match a required set of skills as a group must be chosen to maximise one or several social positive attributes. Speci�cally, the aim of the current research is two-fold. First, two new dimensions of the TFP are added by considering multiple projects and fractions of people's dedication. This new problem is named the Multiple Team Formation Problem (MTFP). Second, an optimization model consisting in a quadratic objective function, linear constraints and integer variables is proposed for the problem. The optimization model is solved by three algorithms: a Constraint Programming approach provided by a commercial solver, a Local Search heuristic and a Variable Neighbourhood Search metaheuristic. These three algorithms constitute the first attempt to solve the MTFP, being a variable neighbourhood local search metaheuristic the most effi�cient in almost all cases. Applications of this problem commonly appear in real-life situations, particularly with the current and ongoing development of social network analysis. Therefore, this work opens multiple paths for future research.
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This paper addresses the independent multi-plant, multi-period, and multi-item capacitated lot sizing problem where transfers between the plants are allowed. This is an NP-hard combinatorial optimization problem and few solution methods have been proposed to solve it. We develop a GRASP (Greedy Randomized Adaptive Search Procedure) heuristic as well as a path-relinking intensification procedure to find cost-effective solutions for this problem. In addition, the proposed heuristics is used to solve some instances of the capacitated lot sizing problem with parallel machines. The results of the computational tests show that the proposed heuristics outperform other heuristics previously described in the literature. The results are confirmed by statistical tests. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.
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Global optimization seeks a minimum or maximum of a multimodal function over a discrete or continuous domain. In this paper, we propose a hybrid heuristic-based on the CGRASP and GENCAN methods-for finding approximate solutions for continuous global optimization problems subject to box constraints. Experimental results illustrate the relative effectiveness of CGRASP-GENCAN on a set of benchmark multimodal test functions.
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Solutions to combinatorial optimization problems frequently rely on heuristics to minimize an objective function. The optimum is sought iteratively and pre-setting the number of iterations dominates in operations research applications, which implies that the quality of the solution cannot be ascertained. Deterministic bounds offer a mean of ascertaining the quality, but such bounds are available for only a limited number of heuristics and the length of the interval may be difficult to control in an application. A small, almost dormant, branch of the literature suggests using statistical principles to derive statistical bounds for the optimum. We discuss alternative approaches to derive statistical bounds. We also assess their performance by testing them on 40 test p-median problems on facility location, taken from Beasley’s OR-library, for which the optimum is known. We consider three popular heuristics for solving such location problems; simulated annealing, vertex substitution, and Lagrangian relaxation where only the last offers deterministic bounds. Moreover, we illustrate statistical bounds in the location of 71 regional delivery points of the Swedish Post. We find statistical bounds reliable and much more efficient than deterministic bounds provided that the heuristic solutions are sampled close to the optimum. Statistical bounds are also found computationally affordable.
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This paper tackles a Nurse Scheduling Problem which consists of generating work schedules for a set of nurses while considering their shift preferences and other requirements. The objective is to maximize the satisfaction of nurses' preferences and minimize the violation of soft constraints. This paper presents a new deterministic heuristic algorithm, called MAPA (multi-assignment problem-based algorithm), which is based on successive resolutions of the assignment problem. The algorithm has two phases: a constructive phase and an improvement phase. The constructive phase builds a full schedule by solving successive assignment problems, one for each day in the planning period. The improvement phase uses a couple of procedures that re-solve assignment problems to produce a better schedule. Given the deterministic nature of this algorithm, the same schedule is obtained each time that the algorithm is applied to the same problem instance. The performance of MAPA is benchmarked against published results for almost 250,000 instances from the NSPLib dataset. In most cases, particularly on large instances of the problem, the results produced by MAPA are better when compared to best-known solutions from the literature. The experiments reported here also show that the MAPA algorithm finds more feasible solutions compared with other algorithms in the literature, which suggest that this proposed approach is effective and robust. © 2013 Springer Science+Business Media New York.
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Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
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The single machine scheduling problem with a common due date and non-identical ready times for the jobs is examined in this work. Performance is measured by the minimization of the weighted sum of earliness and tardiness penalties of the jobs. Since this problem is NP-hard, the application of constructive heuristics that exploit specific characteristics of the problem to improve their performance is investigated. The proposed approaches are examined through a computational comparative study on a set of 280 benchmark test problems with up to 1000 jobs.
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At each outer iteration of standard Augmented Lagrangian methods one tries to solve a box-constrained optimization problem with some prescribed tolerance. In the continuous world, using exact arithmetic, this subproblem is always solvable. Therefore, the possibility of finishing the subproblem resolution without satisfying the theoretical stopping conditions is not contemplated in usual convergence theories. However, in practice, one might not be able to solve the subproblem up to the required precision. This may be due to different reasons. One of them is that the presence of an excessively large penalty parameter could impair the performance of the box-constraint optimization solver. In this paper a practical strategy for decreasing the penalty parameter in situations like the one mentioned above is proposed. More generally, the different decisions that may be taken when, in practice, one is not able to solve the Augmented Lagrangian subproblem will be discussed. As a result, an improved Augmented Lagrangian method is presented, which takes into account numerical difficulties in a satisfactory way, preserving suitable convergence theory. Numerical experiments are presented involving all the CUTEr collection test problems.
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Offset printing is a common method to produce large amounts of printed matter. We consider a real-world offset printing process that is used to imprint customer-specific designs on napkin pouches. The print- ing technology used yields a number of specific constraints. The planning problem consists of allocating designs to printing-plate slots such that the given customer demand for each design is fulfilled, all technologi- cal and organizational constraints are met and the total overproduction and setup costs are minimized. We formulate this planning problem as a mixed-binary linear program, and we develop a multi-pass matching-based savings heuristic. We report computational results for a set of problem instances devised from real-world data.
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Access to healthcare is a major problem in which patients are deprived of receiving timely admission to healthcare. Poor access has resulted in significant but avoidable healthcare cost, poor quality of healthcare, and deterioration in the general public health. Advanced Access is a simple and direct approach to appointment scheduling in which the majority of a clinic's appointments slots are kept open in order to provide access for immediate or same day healthcare needs and therefore, alleviate the problem of poor access the healthcare. This research formulates a non-linear discrete stochastic mathematical model of the Advanced Access appointment scheduling policy. The model objective is to maximize the expected profit of the clinic subject to constraints on minimum access to healthcare provided. Patient behavior is characterized with probabilities for no-show, balking, and related patient choices. Structural properties of the model are analyzed to determine whether Advanced Access patient scheduling is feasible. To solve the complex combinatorial optimization problem, a heuristic that combines greedy construction algorithm and neighborhood improvement search was developed. The model and the heuristic were used to evaluate the Advanced Access patient appointment policy compared to existing policies. Trade-off between profit and access to healthcare are established, and parameter analysis of input parameters was performed. The trade-off curve is a characteristic curve and was observed to be concave. This implies that there exists an access level at which at which the clinic can be operated at optimal profit that can be realized. The results also show that, in many scenarios by switching from existing scheduling policy to Advanced Access policy clinics can improve access without any decrease in profit. Further, the success of Advanced Access policy in providing improved access and/or profit depends on the expected value of demand, variation in demand, and the ratio of demand for same day and advanced appointments. The contributions of the dissertation are a model of Advanced Access patient scheduling, a heuristic to solve the model, and the use of the model to understand the scheduling policy trade-offs which healthcare clinic managers must make. ^
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The increasing emphasis on mass customization, shortened product lifecycles, synchronized supply chains, when coupled with advances in information system, is driving most firms towards make-to-order (MTO) operations. Increasing global competition, lower profit margins, and higher customer expectations force the MTO firms to plan its capacity by managing the effective demand. The goal of this research was to maximize the operational profits of a make-to-order operation by selectively accepting incoming customer orders and simultaneously allocating capacity for them at the sales stage. ^ For integrating the two decisions, a Mixed-Integer Linear Program (MILP) was formulated which can aid an operations manager in an MTO environment to select a set of potential customer orders such that all the selected orders are fulfilled by their deadline. The proposed model combines order acceptance/rejection decision with detailed scheduling. Experiments with the formulation indicate that for larger problem sizes, the computational time required to determine an optimal solution is prohibitive. This formulation inherits a block diagonal structure, and can be decomposed into one or more sub-problems (i.e. one sub-problem for each customer order) and a master problem by applying Dantzig-Wolfe’s decomposition principles. To efficiently solve the original MILP, an exact Branch-and-Price algorithm was successfully developed. Various approximation algorithms were developed to further improve the runtime. Experiments conducted unequivocally show the efficiency of these algorithms compared to a commercial optimization solver.^ The existing literature addresses the static order acceptance problem for a single machine environment having regular capacity with an objective to maximize profits and a penalty for tardiness. This dissertation has solved the order acceptance and capacity planning problem for a job shop environment with multiple resources. Both regular and overtime resources is considered. ^ The Branch-and-Price algorithms developed in this dissertation are faster and can be incorporated in a decision support system which can be used on a daily basis to help make intelligent decisions in a MTO operation.^
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The increasing emphasis on mass customization, shortened product lifecycles, synchronized supply chains, when coupled with advances in information system, is driving most firms towards make-to-order (MTO) operations. Increasing global competition, lower profit margins, and higher customer expectations force the MTO firms to plan its capacity by managing the effective demand. The goal of this research was to maximize the operational profits of a make-to-order operation by selectively accepting incoming customer orders and simultaneously allocating capacity for them at the sales stage. For integrating the two decisions, a Mixed-Integer Linear Program (MILP) was formulated which can aid an operations manager in an MTO environment to select a set of potential customer orders such that all the selected orders are fulfilled by their deadline. The proposed model combines order acceptance/rejection decision with detailed scheduling. Experiments with the formulation indicate that for larger problem sizes, the computational time required to determine an optimal solution is prohibitive. This formulation inherits a block diagonal structure, and can be decomposed into one or more sub-problems (i.e. one sub-problem for each customer order) and a master problem by applying Dantzig-Wolfe’s decomposition principles. To efficiently solve the original MILP, an exact Branch-and-Price algorithm was successfully developed. Various approximation algorithms were developed to further improve the runtime. Experiments conducted unequivocally show the efficiency of these algorithms compared to a commercial optimization solver. The existing literature addresses the static order acceptance problem for a single machine environment having regular capacity with an objective to maximize profits and a penalty for tardiness. This dissertation has solved the order acceptance and capacity planning problem for a job shop environment with multiple resources. Both regular and overtime resources is considered. The Branch-and-Price algorithms developed in this dissertation are faster and can be incorporated in a decision support system which can be used on a daily basis to help make intelligent decisions in a MTO operation.
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Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.
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Lors du transport du bois de la forêt vers les usines, de nombreux événements imprévus peuvent se produire, événements qui perturbent les trajets prévus (par exemple, en raison des conditions météo, des feux de forêt, de la présence de nouveaux chargements, etc.). Lorsque de tels événements ne sont connus que durant un trajet, le camion qui accomplit ce trajet doit être détourné vers un chemin alternatif. En l’absence d’informations sur un tel chemin, le chauffeur du camion est susceptible de choisir un chemin alternatif inutilement long ou pire, qui est lui-même "fermé" suite à un événement imprévu. Il est donc essentiel de fournir aux chauffeurs des informations en temps réel, en particulier des suggestions de chemins alternatifs lorsqu’une route prévue s’avère impraticable. Les possibilités de recours en cas d’imprévus dépendent des caractéristiques de la chaîne logistique étudiée comme la présence de camions auto-chargeurs et la politique de gestion du transport. Nous présentons trois articles traitant de contextes d’application différents ainsi que des modèles et des méthodes de résolution adaptés à chacun des contextes. Dans le premier article, les chauffeurs de camion disposent de l’ensemble du plan hebdomadaire de la semaine en cours. Dans ce contexte, tous les efforts doivent être faits pour minimiser les changements apportés au plan initial. Bien que la flotte de camions soit homogène, il y a un ordre de priorité des chauffeurs. Les plus prioritaires obtiennent les volumes de travail les plus importants. Minimiser les changements dans leurs plans est également une priorité. Étant donné que les conséquences des événements imprévus sur le plan de transport sont essentiellement des annulations et/ou des retards de certains voyages, l’approche proposée traite d’abord l’annulation et le retard d’un seul voyage, puis elle est généralisée pour traiter des événements plus complexes. Dans cette ap- proche, nous essayons de re-planifier les voyages impactés durant la même semaine de telle sorte qu’une chargeuse soit libre au moment de l’arrivée du camion à la fois au site forestier et à l’usine. De cette façon, les voyages des autres camions ne seront pas mo- difiés. Cette approche fournit aux répartiteurs des plans alternatifs en quelques secondes. De meilleures solutions pourraient être obtenues si le répartiteur était autorisé à apporter plus de modifications au plan initial. Dans le second article, nous considérons un contexte où un seul voyage à la fois est communiqué aux chauffeurs. Le répartiteur attend jusqu’à ce que le chauffeur termine son voyage avant de lui révéler le prochain voyage. Ce contexte est plus souple et offre plus de possibilités de recours en cas d’imprévus. En plus, le problème hebdomadaire peut être divisé en des problèmes quotidiens, puisque la demande est quotidienne et les usines sont ouvertes pendant des périodes limitées durant la journée. Nous utilisons un modèle de programmation mathématique basé sur un réseau espace-temps pour réagir aux perturbations. Bien que ces dernières puissent avoir des effets différents sur le plan de transport initial, une caractéristique clé du modèle proposé est qu’il reste valable pour traiter tous les imprévus, quelle que soit leur nature. En effet, l’impact de ces événements est capturé dans le réseau espace-temps et dans les paramètres d’entrée plutôt que dans le modèle lui-même. Le modèle est résolu pour la journée en cours chaque fois qu’un événement imprévu est révélé. Dans le dernier article, la flotte de camions est hétérogène, comprenant des camions avec des chargeuses à bord. La configuration des routes de ces camions est différente de celle des camions réguliers, car ils ne doivent pas être synchronisés avec les chargeuses. Nous utilisons un modèle mathématique où les colonnes peuvent être facilement et naturellement interprétées comme des itinéraires de camions. Nous résolvons ce modèle en utilisant la génération de colonnes. Dans un premier temps, nous relaxons l’intégralité des variables de décision et nous considérons seulement un sous-ensemble des itinéraires réalisables. Les itinéraires avec un potentiel d’amélioration de la solution courante sont ajoutés au modèle de manière itérative. Un réseau espace-temps est utilisé à la fois pour représenter les impacts des événements imprévus et pour générer ces itinéraires. La solution obtenue est généralement fractionnaire et un algorithme de branch-and-price est utilisé pour trouver des solutions entières. Plusieurs scénarios de perturbation ont été développés pour tester l’approche proposée sur des études de cas provenant de l’industrie forestière canadienne et les résultats numériques sont présentés pour les trois contextes.