Cooperación horizontal en problemas de rutas de vehículos con retornos

Abstract

En el mundo competitivo y global en que se desarrollan las actividades de las empresas, las prácticas de cooperación entre entidades distintas suponen una gran oportunidad para aumentar la eficiencia en las operaciones. Cuando la cooperación se desarrolla entre participantes que actúan al mismo nivel dentro de la cadena de suministro es llamada cooperación horizontal y para garantizar su validez, debe ser analizada en términos de costes y eficiencia. El propósito principal de esta tesis es conseguir las herramientas necesarias para poder evaluar el impacto y los beneficios potenciales de la puesta en marcha de actividades de cooperación horizontal entre empresas del ámbito de la logística y el transporte cuando realizan labores de distribución y recogida dentro de sus cadenas de reparto y abastecimiento respectivamente. En primer lugar, se hace una revisión de la literatura de las prácticas reales de cooperación horizontal en actividades de logística y transporte. Partiendo de procesos de negocio, se realiza su modelado en forma de problemas de optimización combinatoria. En particular se estudia su relación con el conocido problema de las rutas de vehículos (Vehicle Routing Problem o VRP). En este problema, se considera la optimización de la distribución de materiales entre clientes y depósito central con la creación de modelos de optimización combinatoria. Como resultado de este análisis, se obtienen tres modelos para analizar. Las rutas de vehículos con retornos, las rutas de vehículos con recogidas y entregas, y la consideración de la flota heterogénea. A continuación, con los modelos seleccionados se hace una revisión de la literatura existente como paso anterior a la creación de metodologías que los solucionen. Los tres problemas tratados son considerados como NP-complejos, por tanto, se plantea el diseño de metaheurísticos que aborden estos problemas con las características más reales posibles. Se diseñan distintas metodologías para cada modelo basadas en la aleatoriedad sesgada para solucionar estos problemas de la forma más eficiente, simple y flexible posible. Finalmente, se contrastan los resultados obtenidos por la metodología propuesta, en comparación con las instancias utilizadas por otros algoritmos de la literatura que solucionan los mismos problemas. Se realizan experimentos exhaustivos y los resultados se comparan utilizando herramientas estadísticas. La conclusión es que la metodología propuesta consigue muy buenos resultados ya que mejora las mejores soluciones conocidas de 21 instancias reportadas en la literatura. En resumen, esta tesis doctoral muestra que se han conseguido resultados de alta calidad utilizando algoritmos sencillos basados en la aleatoriedad sesgada que están basados en heurísticos clásicos. Estos algoritmos obtienen resultados competitivos en coste y tiempo y, por tanto, se pueden utilizar para evaluar las economías de escala alcanzadas por las empresas en sus prácticas de cooperación horizontal.

In the competitive and global world in which business activities take place, business-to-business cooperation practices present a challenge to increase efficiency in activities at the same level within the supply chain. This cooperation is called horizontal cooperation and must be analyzed in terms of costs and efficiency inside the vehicle routing problems with backhauls/pickup and delivery constraints/ VRP with heterogeneous fleet. The main objective of this work is to obtain the necessary tools to be able to evaluate the potential impact and benefits of the implementation of horizontal cooperation activities between companies in the field of logistics and transport. First, a review of the literature on available practices of horizontal cooperation in logistics and transport activities is carried out. Starting from real processes, its modeling is done in the form of combinatorial optimization problems. In particular, their relationship with the known problem of VRP vehicle routes is studied. In this problem, the optimization of the shipments between clients and a central warehouse is considered. As a result of this analysis, three models are obtained for analysis. Vehicle Routing Problem with Clustered Backhauls (VRPCB), Vehicle Routing Problem with Mixed Backhauls (VRPMB) and Heterogeneous fleet Vehicle Routing Problems with Backhaul (HVRPB). Then, with the selected models, a review of the existing literature is done as a step prior to the creation of methodologies that solve them. The three problems treated are considered as NPhard, therefore, it is proposed the design of metaheuristics that address these problems with the most real features possible. Different methodologies for each model are designed based on biased randomization techniques to solve these problems in the most efficient, simple and flexible way possible. Finally, for some well-known benchmarks, we contrast the results obtained by the proposed methodology with those provided by other algorithms in the literature. Comprehensive experiments are performed and the results are compared using statistical tools. The conclusion is that the proposed methodology achieves is quite competitive since it improves the results of 21 instances reported in the literature. In summary, the outcomes of this doctoral thesis show that high quality results have been obtained using simple algorithms that rely upon biased randomization of classical heuristics. These algorithms obtain competitive results in cost and time and, therefore, can be used to evaluate the economies of scale reached by companies in their cooperation activities.