MATEMÁTICA APLICADA AO PLANEJAMENTO DA PRODUÇÃO E LOGÍSTICA. Silvio A. de Araujo Socorro Rangel
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1 MATEMÁTICA APLICADA AO PLANEJAMENTO DA PRODUÇÃO E LOGÍSTICA Slvo A. de Arauo Socorro Ragel sarauo@blce.uesp.br, socorro@blce.uesp.br Apoo Facero:
2 PROGRAMA Itrodução. Modelagem matemátca: cocetos báscos 2. Problemas clásscos de logístca. O problema de dmesoameto de lotes 4. O problema de sequecameto de tarefas 5. O problema tegrado de dmesoameto e sequecameto de lotes 6. Outros problemas tegrados Cosderações Fas
3 PROGRAMA Itrodução. Modelagem matemátca: cocetos báscos 2. Problemas clásscos de logístca. O problema de dmesoameto de lotes 4. O problema de sequecameto de tarefas 5. O Problema Itegrado de dmesoameto e sequecameto de lotes 6. Outros problemas tegrados Cosderações Fas AULA 2
4 PROGRAMA Itrodução. Modelagem matemátca: cocetos báscos 2. Problemas clásscos de logístca. O problema de dmesoameto de lotes 4. O problema de sequecameto de tarefas 5. O Problema Itegrado de dmesoameto e sequecameto de lotes 6. Outros problemas tegrados Cosderações Fas
5 PROGRAMA Itrodução. Modelagem matemátca: cocetos báscos 2. Problemas clásscos de logístca. 2. O O problema de do dmesoameto camho mímo de(pcm) lotes 4. O problema de sequecameto de tarefas 2.2 O problema do caero vaate (PCV) 5. O Problema Itegrado de dmesoameto e sequecameto 2. de O lotes problema de localzação de facldades (PLF) 6. Outros problemas tegrados 7. Cosderações Fas
6 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) Problema do Camho Mímo (PCM) Uma pessoa desea sar de sua casa e chegar ao trabalho o meor tempo possível. Qual é a sequêca de ruas e avedas que a pessoa deve percorrer para chegar ao seu desto fal?
7 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) Trecho da regão cetral de São José do Ro Preto
8 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM)
9 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM)
10 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM)
11 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM)
12 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM)
13 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) Trecho da regão cetral de São José do Ro Preto
14 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) Cocetos de Teora dos grafos - Grafo/Dgrafo - Adacêca de vértces - Adacêca de arestas - Camho: sequeca alterada de vértces e arestas ode ão há repetção de vértces e começa e terma com vértces (e:,, 2, 5) Represetação a forma de grafos
15 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) Cocetos de Teora dos grafos - Grafo valorado - Rede - Custo de um camho c c455 Represetação a forma de grafos
16 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) c c455 Aálse de possíves soluções para r do vértce ao vértce 5 2 Qual é o camho mímo?
17 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) Costrudo um modelo para o Problema do Camho Mímo elemetos cohecdos: vértces, arestas e custo das arestas elemetos descohecdos: sequeca de vértces e arestas a ser utlzadas obetvo a ser alcaçado: obter um camho de custo (tempo) mímo do vértce ao vértce 5 restrções: relatvas ao deslocameto o grafo
18 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) Elemetos cohecdos (dados): - úmero de vértces, V ; - úmero de arestas, A m. - vértce cal é, e o vértce fal é. - ídces:,,..., para represetar os vértces - custo da aresta (,) c Elemetos descohecdos (varáves): se a aresta (,) está cluída o camho 0 caso cotráro
19 obetvo a ser alcaçado (fução obetvo): restrções: 2. O problema do camho mímo (PCM) 2. Problemas clásscos de logístca A c z ), ( m ) (, 0, 2,..., 0 ) ( ) ( ) ( () S V S k k P P S
20 Formulação: 2. O problema do camho mímo (PCM) 2. Problemas clásscos de logístca S V a Sueto c z S k k P P S A, 0, 2,..., 0 : m ) ( ) ( ) ( () ), (
21 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) Eemplo: m z (, ) A c m z c2 2 + c + c c22 + c44 + c55 + m z c c c 45 45
22 Formulação: 2. O problema do camho mímo (PCM) 2. Problemas clásscos de logístca S V a Sueto c z S k k P P S A, 0, 2,..., 0 : m ) ( ) ( ) ( () ), (
23 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) S () Eemplo: P( ) c c455 2
24 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) S () Eemplo: P( ) c c455 2
25 Formulação: 2. O problema do camho mímo (PCM) 2. Problemas clásscos de logístca S V a Sueto c z S k k P P S A, 0, 2,..., 0 : m ) ( ) ( ) ( () ), (
26 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) P ( ) ks ( ) k 0 2,..., Eemplo: c c455 2
27 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema do camho mímo (PCM) P ( ) ks ( ) k 0 2,..., Eemplo: c c455 2
28 Formulação: 2. O problema do camho mímo (PCM) 2. Problemas clásscos de logístca S V a Sueto c z S k k P P S A, 0, 2,..., 0 : m ) ( ) ( ) ( () ), (
29 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Problema do Caero Vaate (PCV) - Um vaate ecessta vstar um certo úmero de cdades durate uma vagem e retorar ao lugar de orgem de tal maera que cada cdade sea vstada eatamete uma vez, e que a dstâca total percorrda sea a meor possível. - Supodo cohecdas as dstâcas etre cada par de cdades, que rotero deve ser escolhdo?
30 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Cocetos de Teora dos grafos Crcuto: sequêca alterada de vértces e arestas ode ão há repetção de vértces, eceto pelo prmero (e:, 2, 4,, ). Crcuto Hamltoao: crcuto que clu todos os vértces de um grafo (e., 5, 2,, 4, ) Represetação a forma de grafos
31 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Cocetos de Teora dos grafos PCV smétrco: se c c para todo,, temos o caso smétrco Represetação a forma de grafos
32 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Cocetos de Teora dos grafos PCV smétrco: se c c para todo,, temos o caso smétrco. PCV assmétrco: caso cotráro temos o caso smétrco Represetação a forma de grafos
33 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Aálse de possíves soluções partdo, por eemplo, do vértce Quatos roteros estem?
34 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Se o problema cosderar cdades teremos que o úmero total de roteros, o caso assmétrco, é de até (-)! - -! Tempo s s m h 25 m * mlêos * *Da ordem de * mlêos * É vável eumerar todos os roteros!
35 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Hstórco 8: prmeros relatos sobre o problema; 92: o problema fo defdo; 94: o problema fo popularzado e classfcado como dfícl ; 954: resolvdo a otmaldade um problema de 42 cdades.
36 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) 20 Cdades da Alemaha Ocdetal (977)
37 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) 52 Cdades dos Estados Udos (987): att52
38 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Solução Ótma para o pcb08
39 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Maor Istâca Resolvda a Otmaldade (em 998): usa509
40 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) O Presdete, Atôo Castor, da Compaha Ramos de Carvalho quer fazer uma vsta às reservas florestas stuadas os estados do Amazoas e Pará, aos depóstos stuados os estados de São Paulo, Baha, Goás e Ro de Jaero. É possível determar um rotero de vagem tal que cada reserva e cada depósto seam vstados apeas uma vez, sado e retorado à sede da empresa o Ro de Jaero, e que mmze a dstâca total percorrda? Be Sal Ma RJ Go SP Fgura Reservas e Depóstos a serem vstados
41 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Costrudo um modelo para o Problema do Caero Vaate elemetos cohecdos: vértces, arestas e custo das arestas elemetos descohecdos: sequeca de vértces e arestas a serem utlzadas obetvo a ser alcaçado: obter um crcuto Hamltoao de custo mímo restrções: relatvas ao deslocameto o grafo
42 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Costrução do Modelo: Elemetos cohecdos (dados): Ídces:,,2,,...6 os locas ode as reservas (duas) e os depóstos (quatro) estão stuados (RJ,SP,Go,Ma,Be e Sal) respectvamete. c dstâca etre os locas e. Elemetos descohecdos (varáves): se o local é vstado medatamete ates de 0 caso cotráro.
43 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Costrução do Modelo: Fução Obetvo O obetvo é ecotrar o crcuto hamltoo de meor custo. m z 6 6 c
44 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Costrução do Modelo: Restrções: Cada local deve ser vstado apeas uma vez. Saídas da cdade : ,,..., Chegadas à cdade ,,..., ( ) ( )
45 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Costrução do Modelo: Restrções:
46 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Costrução do Modelo: Restrções As restrções do problema da desgação permtem a segute solução: Be Qual é o problema desta solução? Sal Ma Go SP RJ Subrotas!!!! Com este rotero ão cosegumos passar por todas as cdades apeas uma vez!
47 Formulação I - Elmação de subrotas: Datzg, Fulkerso e Johso Vamos cosderar o couto de cdades cluídas em uma das subrotas obtdas a solução do Modelo I: S{Ma, Be, Sal} Se lmtarmos o úmero de varáves assocadas a essas cdades que podem receber valor dferete de zero a 2, temos a segute restrção: Ma, Be 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) + Ma, Sal + Be, Ma + Be, Sal + Sal, Ma + Sal, Be <2 Se clurmos esta restrção ao Modelo I, elmamos a sub-rota que clu as cdades acma, pos a solução ateror ão é vável para o ovo modelo.
48 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Formulação I - Elmação de subrotas: Datzg, Fulkerso e Johso Como fazer o caso geral? Dado um subcouto de cdades S. Podemos lmtar o úmero de varáves assocadas a essas cdades que podem receber valor dferete de zero a: se clurmos a segute restrção ao Modelo I: S S S S. Impedmos assm soluções assocadas a sub-rotas.
49 sueto 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) a m S z S 0 Formulação I : DFJ /, S, c S,...,,..., ( 2 {... } 2) Estem restrções para elmação de subrotas.
50 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Formulação II - Elmação de subrotas: Mller,Tucker e Zeml Para elmar as subrotas, vamos acrescetar as segutes varáves: u ordem em que o local será vstado e as segutes restrções: 2,... u u +, 2,..., 6;. ( ) 2 Estem restrções para elmação de subrotas.
51 Formulação II : MTZ (Otmzação Itera Msta) 2,...,6 5,, 0 /, 2,...,.6; 2,...,6; ; 5, 6,...,6,,...,6, sueto a m u u u c z 2.2 O problema do caero vaate (PCV) 2. Problemas clásscos de logístca 6
52 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Formulação II - Elmação de subrotas: MTZ u u 2 u u u u 6 u 2 u 6 5 +, 2,..., 6;. 5 4 u 5 -u () (absurdo!!)
53 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Formulação II - Elmação de subrotas: MTZ u u 2 u u u u 6 u 2 u 6 5 +, 2,..., 6;. 5 4 u 5 -u (0) (OK!!)
54 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) PCV: Fácl de eucar, dfícl de resolver Applegate, Bby, Chvátal, Cook, 200 (um mlhão de Cdades) Brach ad Cut 954 Optma, v. 6, pg2 Oca et al. (2009) apresetam uma revsão bblográfca e aálse de formulações matemátcas para o Problema do Caero Vaate Assmétrco (PCVA)
55 2. Problemas clásscos de logístca 2.2 O problema do caero vaate (PCV) Problema do Caero Vaate: Bblografa G. Datzg, R. Fulkerso, ad S. Johso, "Soluto of a large-scale travelg-salesma problem", Operatos Research 2, H. Crowder ad M.W. Padberg, "Solvg large-scale symmetrc travellg salesma problems to optmalty", Maagemet Scece 26, Os resultados computacoas descrtos este estudo são mpressoates e cluem a solução de um eemplar com 8 cdades. Este eemplar fo cosderado o maor a ser resolvdo até o ao de M. Padberg ad G. Rald, "Optmzato of a 52-cty symmetrc travelg salesma problem by brach ad cut", Operatos Research Letters 6, M. Grötschel ad O. Hollad, "Soluto of large-scale symmetrc travellg salesma problems", Mathematcal Programmg 5, M. Padberg ad G. Rald, "A brach-ad-cut algorthm for the resoluto of large-scale symmetrc travelg salesma problems", SIAM Revew, D. Applegate, R. Bby, V. Chvátal, ad W. Cook, "Fdg cuts the TSP (A prelmary report)", DIMACS Techcal Report 95-05, March D. Applegate, R. Bby, ad V. Chvatal, W. Cook, Implemetg the Datzg-Fulkerso-Johso algorthm for large travelg salesma problems Mathematcal Programmg (Seres B) 97,
56 Para Saber Mas. Boavetura, P. O., Grafos : teora, modelos, algortmos, Edgard Blucher, ; Cook, W. I Pursut of the Travelg Salesma: Mathematcs at the Lmts of Computato, Prceto Uversty Press, 20.. Goldbarb, M.C e HPL Lua, Otmzação Combatóra e Programação Lear, Edtora Campus, E. L Lawler, et al. The Travelg Salesma Problem: A Guded Tour of Combatoral Optmzato, Wley, Oca, T., Altel,. K., ad Laporte, G. A comparatve aalyss of several asymmetrc travelg salesma problem formulatos. Computers & Operatos Research, 6():67 654, Ragel, S. Itrodução à costrução de modelos de otmzação lear e tera. 2. ed. São Carlos-SP: Socedade Braslera de Matemátca Aplcada e Computacoal-SBMAC, 202. v. úco. 82 p. (dspoível em 7. Wolsey, L., Iteger Programmg, Ed. Joh Wley & Sos, 998.
57 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Problema de Localzação de Facldades (PLF) Dado um couto de facldades e um couto de locas ode estas facldades podem ser staladas, desea-se determar os locas de stalação de facldades, de forma a ateder demadas pré-especfcadas de cletes com o meor custo total. Se uma facldade for stalada, este um custo fo a ser pago, e um custo varável que depede da demada de cada clete que é ateddo por determada facldade.
58 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Fgura retrada de apresetação do Prof. Lorea (INPE), com pequeas modfcações
59 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Costrudo um modelo para o Prob. de Localzação de Facldades elemetos cohecdos: localzação dos cletes e suas demadas, locas em potecal para stalação de facldades, custo fo de stalação, custo varável de atedmeto a demada, capacdade das facldades. elemetos descohecdos: locas a serem staladas facldades e forma de alocação das demadas dos cletes às facldades obetvo a ser alcaçado: solução de custo mímo restrções: atedmeto da demadas e capacdades das facldades
60 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Elemetos cohecdos (dados): -,..., m cletes; -,..., locas em potecal para stalação de facldades. f - : custo fo de stalação de uma facldade o local ; C - : capacdade da facldade stalada o local ; d - : demada do clete ; c - : custo de ateder ao clete a partr de uma facldade stalada o local.
61 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Elemetos descohecdos (varáves): y : se a facldade localzada em é stalada; 0 caso cotráro : se o clete é ateddo pela facldade localzada em ; 0 caso cotráro
62 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) - Eemplo,..., 5 cletes; -,..., locas em potecal para stalação de facldades.
63 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) obetvo a ser alcaçado (fução obetvo): restrções: m z f y + m c,..., m y m, d C {0,} y,...,
64 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Formulação: m z Sueto a : f y + m c,..., m m y, d C {0,} y,...,
65 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Formulação: m z Sueto a : f y + m c,..., m m y, d C {0,} y,...,
66 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) M f y + f 2 y 2 + f y + c + c c + c c c c c c c c + c c + c c 5 5 Sueto a: d + d d + d d 5 5 C y d 2 + d d 2 + d d 5 25 C 2 y 2 d + d d + d d 5 5 C y e y {0,}
67 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Formulação: m z Sueto a : f y + m c,..., m m y, d C {0,} y,...,
68 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) - Eemplo,..., 5 cletes; -,..., locas em potecal para stalação de facldades.
69 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Para o eemplo: M f y + f 2 y 2 + f y + c + c c + c c c c c c c c + c c + c c 5 5 Sueto a: d + d d + d d 5 5 C y d 2 + d d 2 + d d 5 25 C 2 y 2 d + d d + d d 5 5 C y e y {0,}
70 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Formulação: m z Sueto a : f y + m c,..., m m y, d C {0,} y,...,
71 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) - Eemplo,..., 5 cletes; -,..., locas em potecal para stalação de facldades.
72 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Para o eemplo: M f y + f 2 y 2 + f y + c + c c + c c c c c c c c + c c + c c 5 5 Sueto a: d + d d + d d 5 5 C y d 2 + d d 2 + d d 5 25 C 2 y 2 d + d d + d d 5 5 C y e y {0,}
73 2. Problemas clásscos de logístca 2. O problema de localzação de facldades (PLF) Formulação: m z Sueto a : f y + m c,..., m m y, d C {0,} y,...,
74 Obrgado!!
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