Programação de carga e descarga em docas utilizando programação linear inteira e a Metaheurística Simulated Annealing

Abstract

Resumo: Este trabalho mostra o estudo do problema de sequenciamento e programação de caminhões a docas com a inclusão de janelas de tempo para intervalos de parada. O objetivo é propor um modelo matemático de modo a minimizar o tempo dos motoristas dentro das empresas, e apresentar meios de soluções ótimas e subótimas com a utilização de técnicas e algoritmos de Pesquisa Operacional. O trabalho foi estruturado em etapas sequenciais. Primeiramente, foram identificados os métodos e algoritmos mais utilizados para este tipo de problema. Na sequência o modelo matemático foi desenvolvido, implementado computacionalmente nos softwares LINGO e Gurobi e validado de acordo com as restrições do estudo de caso. Uma metaheurística baseada no algoritmo Simulated Annealing foi implementada em Excel, na linguagem VBA, e utilizada como forma de resolução subótima para problemas maiores que os resolvidos pelo método exato. Experimentos computacionais foram conduzidos para avaliar as performances do modelo e da metaheurística propostos. Os resultados comprovaram a robustez do modelo matemático e da metaheurística propostos, bem como a eficácia da metaheurística, que retornou soluções próximas às ótimas, com GAPS menores que 4%, dentro de tempos computacionais aceitáveis. Palavras-chave: Programação de caminhões. Chegada de caminhões. Janela de tempo. Open Shop. Simulated Annealing.

Abstract: This work studies the truck scheduling with the inclusion of time windows for breaks. The aim is to propose a mathematical model in order to minimize the time spent by drivers within companies, and to present exact and approximate solutions with the use of Operational Research techniques and algorithms. The work was structured in sequential steps. First, the most used methods and algorithms for this type of problem were identified. Then, the mathematical model was developed, computationally implemented in the LINGO and Gurobi software's and validated according to the case study conditions. A metaheuristic based on the Simulated Annealing algorithm was implemented in Excel, using VBA language, and used as a form of approximate resolution for problems larger than the ones solved exactly. Computational experiments were conducted to evaluate the performance of the proposed model and metaheuristic. The results proved the robustness of the mathematical model and the proposed metaheuristic, as well as the metaheuristic effectiveness, which returned solutions close to the optimum, with GAPS lower than 4%, within acceptable computational times. Keywords: Truck scheduling. Truck arrivals. Time window. Open Shop. Simulated Annealing.