Heurística híbrida para o problema de roteamento de veículos com carregamento tridimensional, janelas de tempo e objetivos hierárquicos

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Pimentel, Wesley Pereira
Orientador(a): Amaral, André Renato Sales lattes, Orientador2
Banca de defesa: 1º membro da banca lattes, 2º membro da banca, 3º membro da banca, 4º membro da banca, 5º membro da banca
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Espírito Santo
Mestrado em Informática
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Informática
Departamento: Centro Tecnológico
País: BR
Palavras-chave em Português:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: http://repositorio.ufes.br/handle/10/20679
Resumo: This work introduces and formalizes the Three-Dimensional Loading Vehicle Routing Problem with Time Windows and Hierarchical Objectives (3L-VRPTWH). The singularity of the problem lies in its lexicographical objective function, which successively prioritizes the minimization of the number of vehicles, total distance, and waiting time, and in the integration of a robust set of operational constraints. Such constraints include meeting pre-defined time windows, vehicle weight capacity, LIFO (Last In, First Out) unloading policy, and load stability requirements, such as minimum support area and maximum stackable weight. The proposed method consists of a two-stage hybrid heuristic: a pre packing phase with Simulated Annealing to estimate the length space occupied by each customer, followed by an Adaptive Large Neighborhood Search for route optimization. The approach is enhanced by mechanisms such as Adaptive Container Length and the Total Compaction Algorithm, which intensify the search for solutions with more customers per route. Computational experiments, carried out on a set of instances adapted from the literature, confirmed the relevance of the hierarchical formulation, evidencing consistent trade-offs between objectives. The results demonstrate that the method is capable of generating robust and adaptable solutions, reconciling operational efficiency and practical feasibility in complex logistical scenarios. The main contribution of this work is, therefore, the formalization as an optimization problem and the proposal of a solution method, offering a robust tool for logistical scenarios that demand the optimization of multiple criteria with well-defined strategic priorities
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The singularity of the problem lies in its lexicographical objective function, which successively prioritizes the minimization of the number of vehicles, total distance, and waiting time, and in the integration of a robust set of operational constraints. Such constraints include meeting pre-defined time windows, vehicle weight capacity, LIFO (Last In, First Out) unloading policy, and load stability requirements, such as minimum support area and maximum stackable weight. The proposed method consists of a two-stage hybrid heuristic: a pre packing phase with Simulated Annealing to estimate the length space occupied by each customer, followed by an Adaptive Large Neighborhood Search for route optimization. The approach is enhanced by mechanisms such as Adaptive Container Length and the Total Compaction Algorithm, which intensify the search for solutions with more customers per route. Computational experiments, carried out on a set of instances adapted from the literature, confirmed the relevance of the hierarchical formulation, evidencing consistent trade-offs between objectives. The results demonstrate that the method is capable of generating robust and adaptable solutions, reconciling operational efficiency and practical feasibility in complex logistical scenarios. The main contribution of this work is, therefore, the formalization as an optimization problem and the proposal of a solution method, offering a robust tool for logistical scenarios that demand the optimization of multiple criteria with well-defined strategic prioritiesEste trabalho introduz e formaliza o Problema de Roteamento de Veículos com Carregamento Tridimensional, Janelas de Tempo e Objetivos Hierárquicos (3L-VRPTWH). A singularidade do problema reside em sua função-objetivo lexicográfica, que prioriza sucessivamente a minimização do número de veículos, da distância total e do tempo de espera, e na integração de um conjunto robusto de restrições operacionais. Tais restrições incluem o atendimento a janelas de tempo pré-definidas, a capacidade de peso do veículo, a política de descarga LIFO (Último a Entrar, Primeiro a Sair), e requisitos de estabilidade da carga, como área de suporte mínima e peso máximo empilhável. O método proposto consiste em uma heurística híbrida de dois estágios: um pré-empacotamento com Simulated Annealing para estimar o espaço de comprimento ocupado por cada cliente, seguido por uma Adaptive Large Neighborhood Search para a otimização das rotas. A abordagem é aprimorada por mecanismos como o Comprimento Adaptativo do Contêiner e o Algoritmo de Compactação Total, que intensificam a busca por soluções com mais clientes por rota. Experimentos computacionais, realizados em um conjunto de instâncias adaptado da literatura, confirmaram a relevância da formulação hierárquica, evidenciando trade-offs consistentes entre os objetivos. Os resultados demonstram que o método é capaz de gerar soluções robustas e adaptáveis, conciliando eficiência operacional e viabilidade prática em cenários logísticos complexos. A principal contribuição deste trabalho é, portanto, a formalização como um problema de otimização e proposta de um método de solução, oferecendo uma ferramenta robusta para cenários logísticos que demandam a otimização de múltiplos critérios com prioridades estratégicas bem definidasAgência de fomentoTexthttp://repositorio.ufes.br/handle/10/20679porptUniversidade Federal do Espírito SantoMestrado em InformáticaPrograma de Pós-Graduação em InformáticaUFESBRCentro Tecnológicohttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessCiência da ComputaçãoProblema de Roteamento de VeículosCarregamento TridimensionalJanelas de TempoBusca em Vizinhança Ampla Adaptativa (ALNS)Redução de tempo ociosoRedução de Frota3L-VRPTWHHeurística híbrida para o problema de roteamento de veículos com carregamento tridimensional, janelas de tempo e objetivos hierárquicosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFESwesley.pereira.ti@gmail.comLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81748http://repositorio.ufes.br/bitstreams/06eb223b-583d-4054-9156-c8b9a4cefa5c/download8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33MD51ORIGINALWesleyPereiraPimentel-2025-Dissertacao.pdfWesleyPereiraPimentel-2025-Dissertacao.pdfapplication/pdf2802389http://repositorio.ufes.br/bitstreams/5720bcbc-7522-4652-8d4f-a70da94cade2/download0f79d110bac390a255b74fd87cd39738MD5210/206792025-12-08 19:42:13.549https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/open accessoai:repositorio.ufes.br:10/20679http://repositorio.ufes.brRepositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082025-12-08T19:42:13Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)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