XX Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica SENDI a 26 de outubro Rio de Janeiro - RJ - Brasil

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1 XX Seminário Nacional de Distribuição de Energia Elétrica SENDI a 26 de outubro Rio de Janeiro - RJ - Brasil Anderson Declio Parreira Raniere Noronha de Carvalho Cristina Pinelli Cardoso Alexandre Martins de Medeiros Theophilo de Camargo Neto parreira@cpqd.com.br raniere.carvalho@oi.net.br cpinelli@cpqd.com.br alexmart@cpqd.com.br tcamargo@cpqd.com.br Guilherme Dutil de Oliveira AES Eletropaulo Metropolitana - Eletr. de São Paulo S.A. guilherme.oliveira@aes.com Ricardo de Oliveira Nogueira AES Eletropaulo Metropolitana - Eletr. de São Paulo S.A. ricardo.nogueira@aes.com Gustavo Henrique Sberze Ribas gribas@cpqd.com.br Sistema de otimização de rotas de leitura, entrega de faturas e segunda-via e de processos de corte e religação de energia elétrica para aplicações de melhoria operacional e rastreabilidade de serviços. Palavras-chave Algoritmo otimizador Força de Trabalho Heurística Otimização de Rotas Rotas Roteirização Resumo Este trabalho visa apresentar alguns resultados já obtidos a partir da execução do projeto de pesquisa e desenvolvimento celebrado entre a Fundação CPqD e a Eletropaulo dentro do programa de P&D da Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, com duração prevista de 21 meses. Por sua vez, como descritivo básico, a proposta do projeto seria a elaboração de um algorítimo computacional para roteirização de entregas de faturas e segundas-vias e percurso de leitura e corte-religação, tendo como alvo otimizar o esforço gerado atualmente na concessionária. A solução é composta pela solução matemática propriamente, uma plataforma computacional para interface homem-máquina na concessionária e um sistema embarcado em dispositivos de acesso pessoal móvel (PDA) 1/9

2 para utilização dos funcionários em campo. Como consequência a solução traz um incremento na redução de custos de leituras de medidores, entregas de faturas, corte, religamento e inspeções de fraude, a redução do volume de reimpressões de segundas vias de faturas e aumento do grau de inovação tecnológica no seus processos. 1. Introdução Motivação As empresa de distribuição de energia elétrica realizam duas atividades essenciais ao seu processo de faturamento: a leitura do consumo registrado pelos medidores e a entrega das faturas aos consumidores finais. Tipicamente as distribuidoras não possuem uma metodologia para otimização da entrega destas faturas. Usa-se então algum critério ad-hoc para definir o lote de clientes que cada leiturista e cada entregador deverá visitar e as rotas que deverão seguir. Normalmente esses critérios são definidos pelos sistemas de faturamento, com base no circuito elétrico ou em regiões de atendimento [1]. O uso de um critério ad-hoc em regiões urbanas de grande porte, como a região metropolitana de São Paulo, certamente resulta em soluções que exigem mais homens-hora para execução do que exigiriam soluções otimizadas. Outros tipos atividades relacionadas com a gestão comercial também envolvem a construção de rotas e podem se beneficiar da otimização com redução de deslocamentos e tempo para realização de serviços, como corte, religamento e inspeção de fraudes. Um outro problema típico é um grande volume de reimpressões de segundas-vias de faturas. O custo da segunda via é alto em função da reimpressão em si, do atendimento do cliente no call center para a solicitação da segunda via e da entrega da segunda via na unidade consumidora. Portanto, as empresas de distribuição de energia elétrica, em especial nos grandes centros urbanos, a partir da utilização de um sistema eficiente de otimização de rotas integrados às suas áreas de faturamento tem a possibilidade de otimizar recursos e deslocamentos para leitura de medidores, entrega de faturas, corte, religamento e inspeção, melhorando o processo de faturamento da concessionária, além da redução da emissão de segundas-vias de faturas para seus clientes. Por sua vez conseguindo proporcionar um maior controle da concessionária de energia elétrica sobre o processo de leitura do consumo e desligamento da unidade consumidora, o que permitirá uma melhor rastreabilidade e maior economia no que se refere a perdas não-técnicas. Em relação a melhorias intangéveis podemos citar: - Melhoria da qualidade do serviço e conseqüentemente aumento da satisfação dos clientes; - Evolução e melhoria dos processos e soluções da empresa com a incorporação da tecnologia móvel ao processo de entrega de faturas; - Acompanhamento do processo de entrega das faturas, utilização das rotas existentes e predeterminadas, produtividade de entregas, etc como subsídio para melhoria do processo e tomada de decisão; 2/9

3 - Mudança operacional no que se refere ao uso de uma solução para garantia do serviço executado, provendo uma maior confiabilidade nas informações relacionadas a este processo de entrega das faturas. A Solução Neste projeto, as funcionalidades de otimização de lotes de clientes e de rotas receberam como entrada os lotes e rotas atuais e a posição geográfica dos clientes e produziram um novo conjunto de lotes e de rotas, além de uma avaliação da melhoria em relação aos lotes e rotas enteriores. Um insumo importante para a otimização das rotas é o rendimento dos leituristas e entregadores. Tal insumo será determinado a partir da experiência atual da concessionária e refinado com os dados obtidos da rastreabilidade de faturas. No caso das rotas de corte, religamento e fraude, as entradas serão as posições geométricas dos clientes e o tipo de veículo das equipes e a saída serão rotas em formato gráfico ou em formato textual [1]. O rastreamento tem por função principal minimizar os custos referentes ao não pagamento de faturas devido a problemas na entrega e os custos referentes à geração das segundas-vias. Através de um dispositivo móvel os entregadores de faturas acessarão a rota de entrega e as faturas que estão sob sua responsabilidade. A cada fatura entregue na unidade consumidora, o entregador deve dar baixa, fazendo a leitura do código de barras do documento. O registro da hora e do local de entrega da fatura ocorre no momento da baixa, associando a data e hora com a coordenada geográfica do entregador. O mesmo tipo de registro pode ser feito durante as leituras. As informações sobre as rotas deverão ser carregadas no PDA do entregador e os dados coletados durante o trabalho dele deverão ser tirados do PDA e gravados em bancos de dados construídos para o projeto. Com estas informações referentes à entrega da fatura, posição geográfica da entrega e tempos de entrega serão geradas informações analíticas que servirão de ferramenta para acompanhamento desta situação e auxiliarão na melhoria do processo e na tomada de decisão. Os dados de solicitação de segunda via poderão ser correlacionados com os dados de entraga para gerar informações sobre o processo solicitação e emissão de segundas-vias. As saídas produzidas pelas otimizações e pelas análises poderão ser visualizadas em uma interface web construída para o projeto e pelos entregadores/leituristas no PDA. Nas concessionárias brasileiras não existem ferramentas similares à está, incluindo otimizações, roteirizações e rastreabilidade de faturas. Para o setor elétrico, a inovação do projeto está na aplicação de métodos computacionais para otimizar as rotas e lotes de leituras e entregas. Para a computação há a possibilidade de inovação na forma de melhorias nos algoritmos para a solução dos problemas, principalmente considerando que o problema real sempre apresenta restrições que não são consideradas na descrição teórica dos algoritmos descritos na literatura e que o número de consumidores em São Paulo representa um desafio de escala. Razoabilidade de custos Atualmente estima-se que a AES Eletropaulo, baseado no número de clientes, tenha entre 2 a 4 milhões de segundas vias emitidas por ano. Se o projeto contribuir com uma redução de 20% dessa quantidade, cerca de 400 a 800 mil segundas vias deixarão de ser emitidas com a redução proporcional dos custos de atendimento às solicitações e das emissões de segundas vias, além do aumento da satisfação dos clientes. Atualmente os lotes e rotas de leitura e entrega de faturas são construídos de maneira ad-hoc. Supondo apenas 1% de melhoria nas entregas de faturas e leituras, em função do grande número de clientes, a 3/9

4 melhoria já seria significativa. É possível acreditar que um processo informatizado bem parametrizado obterá melhorias maiores que 1% quando comparado com a solução manual do problema. A AES Eletropaulo deve executar cerca de 1 milhão de cortes por ano e a redução de erros e ineficiências desse processo deve pormover redução de custos significativos. 2. Desenvolvimento O projeto teve como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia e uma ferramenta computacional de otimização de rotas de leitura e entrega das faturas, integrada ao processo de faturamento da concessionária e dispositivos de acesso pessoal móvel utilizados pelos leituristas e equipes de operação de corte/religamento. Esta solução é baseada em artifícios de inteligência artificial, algorítimos genéticos, e sistema de software otimizado para correlação de informações de localização georreferenciada às premissas geográficas e logísticas da região a ser atendida. Neste projeto, tivemos três linhas distintas de metodologia do projeto. 1. A primeira relaciona-se com a simulação e otimização de rotas de entrega, contemplando o trabalho relacionado ao software de rastreabilidade. 2. A segunda contempla a solução de rastreamento de faturas, corte e religamento e serviços de veficação de fraudes, no que se refere a ferramentas de análises para a tomada de decisão e, principalmente o desenvolvimento (adaptação) e customização de hardware para execução e otimização dos serviços. 3. A terceira linha comtempla todo o processo de operacional e qualidade que será seguido para execução do projeto. I -Primeira linha de pesquisa: A solução dos problemas associado a otimizaçãoinclui analisar e adequar os formatos dos dados de entrada, modelar o problema, analisar alternativas de solução (formulações e algoritmos), projetar e implementar a solução, otimizar as rotas e lotes com o sistema construído, comparar os resultados obtidos com a solução atual e a analisar as melhorias. Além das atividades técnicas, o projeto inclui esforços para a coordenação e para a transferência de conhecimento à distribuidora. 1- Identificar fontes de dados e formatos Nesta fase foram analisados os dados e formatos dos dados disponíveis para a realização do projeto. Esses dados referem-se a lotes e rotas de leitura. O principal produto desta fase é um relatório com dados das análises. 2- Modelar o problema e analisar alternativas de solução Nesta fase foram consideradas as alternativas de formulação e solução para o problema. O resultado é um documento de solução técnica contendo as alternativas levantadas e as análises realizadas para a seleção. 3- Projetar e implementar Nessa fase foi construído o projeto para o sistema, incluindo modelo de arquitetura e integrações. O resultado dessa fase é o sistema descrito anteriormente e a documentação relacionada a ele. 4- Otimizar lotes e rotas Nessa fase foram realizados experimentos com os dados da concessionária, considerando diferentes cenários 4/9

5 para leitura e entrega. 5- Comparar, analisar e preparar relatório final Nessa fase os resultados obtidos com o sistema foram comparados com as rotas usadas regularmente pela concessionária e os ganhos de esforço foram calculados. O problema associado a rota no que se refere a percorrer todas as ruas em um mapa pode ser modelado como um problema em grafos [2]. Ele é conhecido como o problema do carteiro chinês [5]e pode ser resolvido eficientemente por algoritmos para emparelhamentos mínimos em grafos. Já o problema de definir os lotes de clientes para atribuir aos leituristas é computacionalmente difícil, o que significa que na prática não é viável encontrar soluções ótimas, apenas aproximações. Esse problema pode ser modelado como um problema de roteamento em arcos [4] ou como um problema de clustering em grafos [4,9]. Vários algoritmos de aproximação e heurísticas (algoritmos de aproximação que não oferecem uma garantia da qualidade da solução) já foram descritos para várias formulações dos dois problemas, das quais podemos citar algumas revisões mais importantes: [2,5,6,8]. O problema de entregar segundas-vias de faturas é conhecido como o problema do caixeiro-viajante [8] e generalizado como o problema do roteamento de veículos [9]. Várias heurísticas e algoritmos de aproximação podem ser usados para resolver as várias formulações do problema [8,10]. Os insumos para a solução deste problema são: - Um mapa viário georreferenciado e conectado, isto é, um mapa em que as vias com interseção têm coordenadas coincidentes; - A relação dos pontos onde estão localizados os medidores e endereços de entrega de faturas, previamente georreferenciado; - A distribuição de lotes e rotas atuais. II - Segunda linha de pesquisa: 1 - Levantamento de necessidades tecnológicas e de negócio no âmbito de desenvolvimento da Eletropaulo; 2 - Mapeamentos das tecnologias atuais para rastreabilidade e desenvolvimento de aplicações no dispositivo; 3 - Elaboração da plataforma de rastreabilidade que foi embarcada nos hardwares os quais foram fornecidos pela Eletropaulo (HoneyWell 9900) 4 - Testes sistêmicos e funcionais das plataformas e integrações com os dispositivos; 5 - Entrega de cinco (10) protótipos testados para o piloto a ser realizado numa área especificada e validação final da plataforma de acordo com os objetivos do projeto. III - Terceira linha de pesquisa: 1 - Análise e estudo do ambiente operacional da Eletropaulo Foi realizado um estudo detalhado do ambiente operacional da Eletropaulo, com foco nos sistemas e dados que são relevantes para este projeto. Para obter todas as informações necessárias a este projeto, a participação dos especialistas da Eletropaulo foi essencial para haver o entendimento do processo atual nos diversos setores da empresa. 2 - Definição e refinamento dos requisitos do projeto Com base nas definições desta proposta e nos levantamentos da etapa anterior, foi realizado o refinamento 5/9

6 dos requisitos. Nesta etapa, foram gerados documentos contendo o detalhamento dos requisitos identificados. 3 - Levantamento de tecnologias No que se refere ao desenvolvimento do software, foram consideradas as tecnologias mais modernas em uso nas aplicações atuais. Sendo assim elaborado um documento contendo as tecnologias identificadas e a definição daquela que norteou a implementação do software. 4 - Arquitetura Foi definida pelo CPqD a arquitetura e o projeto da solução. Como características, esta solução deve ser de fácil utilização, intuitiva, rápida e segura. Como resultado desta etapa, foi gerado um documento contendo a arquitetura e projeto da solução definida. 5 - Construção do software Após a implementação da solução, foram efetuados testes sistêmicos pela entidade executora. Como resultado desta fase, tivemos um software desenvolvido de acordo com os requisitos definidos. Para os testes de sistema, já foi considerado o uso da plataforma gerada no item I. 6 - Teste experimental e ajustes Nesta fase, o software foi instalado e configurado para um teste experimental em campo. 7 - Projeto Exploratório em Campo Estão sendo realizados os testes funcionais pelos usuários da Eletropaulo, na forma de um piloto previamente delimitado em termos de área, viável a ser atendido com o hardware produzido, com o apoio do CPqD. Nestes testes estão sendo validados os requisitos deste ambiente específico e delimitado. Os resultados estão sendo analisados e validados, e então será elaborado um relatório contendo as informações referentes às funcionalidades da solução, seu uso operacional e os resultados desta etapa no aspecto de validação e otimização da solução desenvolvida, em especial o ajuste do algorítimo. Resultados Obtidos O projeto encontra-se em fase de validações e ajustes do algorítimo desenvolvido, contudo alguns resultados já obtidos com as análises de dados realizados em campo são apresentados abaixo. Vale ressaltar que para a elaboração e consolidação dos resultados abaixo foram utilizados os seguintes parâmetros: Carga diária de trabalho: 6 horas Velocidade média de execução: 3,5 km/h Quantidade média de unidades realizadas por dia: 450 No gráfico 1, é apresentado o comparativo entre o quantitativo de leituristas ou entregadores utilizados para uma mesma quantidade de unidades de leitura/entrega, mostrando assim o potencial de diminuição na força de trabalho utilizada atualmente na concessionária. 6/9

7 Gráfico 1 - Comparativo de utilização de leituristas/entregadores No gráfico 2 é apresentado o comparativo na quantidade de unidades de leitura/entrega realizadas num determinada percurso, antes e após a otimização feita pela solução. Gráfico 2 - Comparativo no quantitativo de unidades de leitura/entrega realizadas 7/9

8 Já no terceiro gráfico apresentamos os resultados potenciais, correlacionando os resultados acima apresentados para diminuição do percurso realizado. Gráfico 3 - Comparativo entre a distância percorrida e Quantitativo de Força de Trabalho 3. Conclusões Como conclusão, ressalta-se os potenciais ganhos que a solução pode trazer às concessionárias, em especial aquelas que possuem uma concentração de esforço de trabalho em áreas urbanas de alta densidade, dentre eles: 1. Otimização e controle sobre as rotas de leitura e entrega de faturas, corte e religação; 2. Melhor aproveitamento dos recursos, evolução e melhoria dos processos de leitura e entrega, corte e religação; 3. Melhoria na qualidade do serviço e conseqüentemente um aumento da satisfação dos clientes; 4. Redução da emissão de segunda-via de faturas. Também, destacamos o processo que o projeto encontra-se, onde ainda estamos concluindo os pilotos operacionais em campo para a possibilidade de descrição de resultados por área de atendimento, sendo assim os potenciais de ganhos e melhorias para a concessionária podem ser potencializadas em uma maior escala em determinadas localidades do que em outras. 4. Referências bibliográficas Bibliografia e Trabalhos Anteriores Dentre as inúmeras pesquisas desenvolvidas pelo CPqD, destacam-se: - Desenvolvimento de metodologia de utilização de tecnologias sem-fio para monitoramento remoto; - Desenvolvimento de plataformas de rastreabilidade envolvendo tecnologias RFId, BarCode, RTLS etc. Também como forma complementar ao conhecimento sobre roteirização e georreferenciamento a AES 8/9

9 Eletropaulo e o CPqD concluiram o projeto de P&D Aneel intitulado "Priorização e Roteirização baseado em informações georrefenciadas para Suporte ao Despacho de Serviços na AES Eletropaulo". Um dos produtos desse projeto realiza a construção de rotas de custo mínimo ponto-a-ponto ou de rotas de custo mínimo caixeiro-viajante. Embora ambos problemas sejam resolvidos usando algoritmos em grafos, a solução do problema de roteirização não é solução para os problemas de construção de lotes e rotas de leitura. Não obstante, a experiência adquirida com o projeto de roteirização certamente teve influência positiva na realização deste projeto. Referências Bibliográficas [1] Fábio L. Usberti et al. Algoritmos para Roteamento de Leituristas, 2010 [2] A. Bondy, U. S. R. Murty. Graph Theory. Springer, [3] J. Clossey, G. Laporte, P. Soriano. Solving Arc Routing Problems with Turn Penalties. The Journal of the Operational Research Society, Vol. 52, No. 4., p , [4] M. Dror. Arc Routing: Theory, Solutions and Applications. Springer, [5] B. S. Everitt. Cluster Analysis. 3rd ed, Edward Arnold, [6] J. Edmonds, E. Johnson. Matching, Euler Tours, and the Chinese Postman Problem. Mathematical Programming, 5, , [7] A. Hertz. Recent Trends in Arc Routing. Págs de Graph Theory, Combinatorics and Algorithms, Springer, [8] P. Lacomme, C. Prins, M. Sevaux. Multiobjective Capacitated Arc Routing Problem. Lecture Notes in Computer Science, 2632, pág 70, [9] C. H. Papadimitriou, K. Steiglitz. Combinatorial Optimization: Algorithms and Complexity. Dover, [10] E. Schaeffer. Graph clustering. Computer Science Review, 27-64, [11] P. Toth and D. Vigo. The Vehicle Routing Problem. Society for Industrial and Applied Mathematics, Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento ANEEL : Celebrado entre a Funda 9/9