Meta-heurística aplicada ao planejamento de atividades de lotes de vagões em terminais ferroviários

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dc.contributor.advisor1Rosa, Rodrigo de Alvarenga
dc.contributor.authorPinto, Gustavo de Luna
dc.contributor.referee1Pires, Patrício José Moreira
dc.contributor.referee2Teixeira, Rafael Buback
dc.date.accessioned2019-07-03T02:14:52Z
dc.date.available2019-07-02
dc.date.available2019-07-03T02:14:52Z
dc.date.issued2019-03-28
dc.description.abstractRailroad is very important for the Brazilian economy, especially in the transport of grains and ores. One area of study for railway operation is concerning rail yards and terminals, and a railway terminal is a yard specialized in products loading and unloading. In these terminals, railway wagons spend half of their service lives and carry out several activities, usually made by sets of wagons called lots. An activity in the terminal may have a predecessor, i.e., it requires the conclusion of another activity to start. In addition, it can be executed in more than one mode (Multi-mode), demanding different resources, which are expensive and scarce, therefore, shared. As delays in operation can generate fines, the goal is to minimize the total time that batches of wagons remain in the terminals (staying time), considering the limitation of terminal resources. The operation at terminals has other characteristics that increase its complexity, such as: setup time between specific activities; variation of resource availability over time (scheduled maintenance); and the blocking characteristic, which keeps a resource occupied by the lot even after the activity's end, due to the movement constraint of the batch imposed by rails and / or other facilities. Only one work was found in the literature considering the characteristics of the problem. It proposed a mathematical model based on the Resource Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP). However, the model takes a long time to resolve instances, making it impractical for the dynamic of a rail terminal operation. Thus, a meta-heuristic based on the Ant Colony Optimization meta-heuristic (ACO) was developed in this research for the scheduling of activities of wagons' batches in rail terminals, aiming to minimize the staying time of the lots in the terminal and to do it with a processing time consistent with response time of the railway operation. Although there are many meta-heuristics in the literature addressing the RCPSP, including ACO, none were found, considering all the characteristics of the problem, neither addressing the concept of resource blocking with multiple resources per activity. The meta-heuristic generated results that were equal to or close to optimal, and for larger instances, it got results better than the mathematical model found in the literature. In addition, it took less than 2 minutes to do it, an operationally acceptable processing time, and far below the model execution time, which for the largest instances ran for more than 20 hours.eng
dc.description.resumoA ferrovia é muito importante para a economia do Brasil, principalmente no transporte de grãos agrícolas e minérios. Uma das áreas de estudo da operação ferroviária é voltada para pátios e terminais ferroviários, sendo um terminal ferroviário um pátio especializado em carga e descarga de produtos. Nesses terminais, os vagões ferroviários passam metade de suas vidas úteis e realizam diversas atividades, geralmente feitas em conjuntos de vagões chamados de lotes. Uma atividade no terminal pode ter uma predecessora, ou seja, requer o término de outra atividade para ser iniciada. Além disso, cada uma pode ser executada de mais de um modo (Multi-modo), demandando diferentes recursos, que são caros e escassos, portanto, concorridos. Como os atrasos na operação podem gerar multas, busca-se minimizar o tempo total em que os lotes de vagões permanecem nos terminais (tempo de estadia), considerando a limitação de recursos do terminal. A operação nos terminais possui outras características que aumentam sua complexidade, como: tempo de setup entre atividades específicas; variação de disponibilidade de recursos ao longo do tempo (manutenção programada); e a característica de retenção, que mantém um recurso ocupado pelo lote mesmo após o término da atividade, devido à restrição de movimentação do lote imposta por trilhos e/ou outras instalações. Considerando as características do problema, só foi levantado um trabalho propondo um modelo matemático baseado no Resource Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP). No entanto, o modelo leva muito tempo para resolver as instâncias, tornando-o inviável para a dinâmica da operação de um terminal ferroviário. Assim, foi desenvolvida nessa dissertação uma meta-heurística baseada na Ant Colony Optimization (ACO) para o planejamento de atividades de lotes de vagões em terminais ferroviários, visando a minimização do tempo de estadia dos lotes no terminal e um tempo de processamento condizente com a realidade operacional da ferrovia. Apesar de existirem inúmeras meta-heurísticas na literatura abordando o RCPSP, inclusive ACO, não foi encontrada nenhuma que considerasse todas as características do problema. A ACO desenvolvida é também a primeira a abordar o conceito de retenção de um recurso, considerando múltiplos recursos por atividade. Comparados com o modelo matemático encontrado na literatura, a meta-heurística gerou resultados iguais ou próximos do ótimo, porém levando um tempo muito reduzido de processamento, ou seja, mais indicada para a necessidade de negócio dos terminais.
dc.formatText
dc.identifier.citationPINTO, Gustavo de Luna. Meta-heurística aplicada ao planejamento de atividades de lotes de vagões em terminais ferroviários. 2019. 70 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Federal do Espírito Santo, Centro Tecnológico, Vitória, 2018.
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/11297
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Civil
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Civil
dc.rightsopen access
dc.subjectRailway Terminaleng
dc.subjectMultiple modeseng
dc.subjectSetup timeeng
dc.subjectBlockingeng
dc.subjectActivity Scheduleeng
dc.subjectAnt Colony Optimizationeng
dc.subjectMeta-heuristiceng
dc.subjectMúltiplos modospor
dc.subjectPlanejamento de atividadespor
dc.subjectColônia de formigaspor
dc.subjectTempo de setuppor
dc.subjectRetençãopor
dc.subjectTerminal ferroviáriopor
dc.subjectMúltiplos modospor
dc.subjectTempo de setuppor
dc.subjectRetençãopor
dc.subjectPlanejamento de atividadespor
dc.subjectColônia de Formigaspor
dc.subjectMeta-heurísticapor
dc.subject.br-rjbnOtimização combinatória
dc.subject.br-rjbnAlocação de recursos
dc.subject.br-rjbnFerrovias
dc.subject.br-rjbnTerminais ferroviários
dc.subject.br-rjbnEstações - Estações
dc.subject.cnpqEngenharia Civil
dc.subject.udc624
dc.titleMeta-heurística aplicada ao planejamento de atividades de lotes de vagões em terminais ferroviários
dc.typemasterThesis
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