Propuesta de un algoritmo dinámico para el problema de mantenimiento y ruteo de vehículos con ventanas de tiempo

• López Ayala, Carlos Andrés ; Jurado Valbuena, Wilson ^[1] ; Lopez Santana, Eduyn Ramiro ^[1]
  1. [1] Universidad Distrital Francisco José de Caldas

     Universidad Distrital Francisco José de Caldas

     Colombia

     
• Localización: Ingeniería, ISSN-e 2344-8393, ISSN 0121-750X, Vol. 26, Nº. 3, 2021 (Ejemplar dedicado a: September - December), págs. 436-449
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Proposal of a Dynamic Algorithm for the Maintenance and Vehicle Routing Problem with Time Windows
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• Resumen
  • español

    Contexto: En el contexto de las organizaciones empresariales, todo proceso en el que está inmerso el producto conlleva un costo y un tiempo asociados. El área de planeación y programación de mantenimiento no es la excepción; sin embargo, es un aspecto en el cual pocas compañías se especializan, tendiendo a la tercerización. En este sentido, la aplicación de modelos combinatorios es una herramienta con un alto potencial de mejorar el desempeño global de la organización a través del entendimiento del proceso integral de mantenimiento.

    Método: Se plantea un algoritmo dinámico de dos fases (mantenimiento y ruteo) que considera un conjunto de clientes distribuidos en una red de mantenimiento (distancia) en el que cada uno de los técnicos parte del mismo nodo central (depósito), que a su vez es el punto final de cada ruta asignada. El objetivo consiste en minimizar el costo total asociado al desarrollo del mantenimiento tanto preventivo como correctivo de todas las máquinas a evaluar. Con esta finalidad se plantea la formulación del problema matemático para cada una de las fases y su método de interrelación. Después se expresan medidas de desempeño para evaluar los objetivos alcanzados.

    Resultados: Los resultados satisfacen una alternativa consistente para la resolución de problemas del tipo NP-Hard que genera un alto nivel de complejidad al modelo. Es decir, plantea una herramienta para resolución de problemas de estas características en tiempos de respuesta computacional reducidos y con resultados atractivos.

    Conclusiones: El modelo de mantenimiento y ruteo combinado usando un algoritmo dinámico permite abordar el problema de mantenimiento y ruteo de manera satisfactoria. El modelo presenta buenos resultados frente al modelo de optimización de comparación en brechas porcentuales de medidas de desempeño inferiores al 5 %. Respecto al tiempo computacional requerido, se logró una reducción de hasta el 98 %, lo cual lo convierte en una alternativa ideal para escenarios de gran complejidad. Finalmente, se propone en futuras investigaciones alcanzar un mayor nivel de caracterización por medio de criterios de decisión multiobjetivo y un mayor número de restricciones al problema.

    Agradecimientos: Al Centro para Computación de Alto Desempeño (CECAD) de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas en su gestión y apoyo para el préstamo de la máquina virtual en la ejecución del modelo matemático planteado, como elemento esencial en los resultados alcanzados.

  • English

    Context:  In the context of business organizations, every process in which the product is immersed has a cost and time associated with it. The area of maintenance planning and scheduling is no exception; however, it is an aspect in which few companies specialize, tending to be outsourced. In this sense, the application of combinatorial models is a tool with a high potential to improve the overall performance of the organization through the understanding of the integral maintenance process.

    Method: A two-phase (maintenance and routing) dynamic algorithm is proposed which considers a set of clients distributed in a maintenance network (distance), where each of the technicians start from the same central node (depot), which, in turn, is the endpoint of each assigned route. The objective is to minimize the total cost associated with the development of preventive and corrective maintenance of all machines to be evaluated. With this purpose, the formulation of the mathematical problem for each of the phases and its interrelation method is proposed. Then, performance measures are expressed to evaluate the achieved objectives.

    Results: The results satisfy a consistent alternative for the resolution of problems of the NP-Hard type, which generates a high level of complexity to the model. That is, it proposes a tool for solving problems of these characteristics in low computational response times and with appealing results.

    Conclusions: The combined maintenance and routing model using a dynamic algorithm addresses the maintenance and routing problem satisfactorily. The model shows good results with respect to the comparison optimization model in percentage gaps of performance measures lower than 5%. As for the computational time required, a reduction of up to 98% was achieved, which makes it an ideal alternative for highly complex scenarios. Finally, achieving a higher level of characterization, employing multi-objective decision criteria and a greater number of constraints to the problem, is proposed in future research.

    Acknowledgements: To the High-Performance Computing Center (CECAD - Centro de computación de Alto Desempeño) of Universidad Distrital Francisco José de Caldas for their support, as well as for providing us with a virtual machine to run the proposed mathematical model, which was an essential element in the results obtained.