Algorithmes exactes et heuristiques pour problèmes de rangement et récupération des conteneurs.

Exact and Heuristic Algorithms for Container Rearrangement and Retrieval Problems at Container Terminals.

• Auteur / Autrice : Marcos de melo da silva
• Direction : Roberto Wolfler calvo
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 29/11/2013; Soutenance le 19/09/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)

Mots clés

Mots clés libres

Terminaux à conteneurs

Pre-marshalling

Récupération des conteneurs

Programmation mathématique

Séparation et évaluation

Heuristiques

Résumé

Le rangement des conteneurs en piles est une pratique fréquenté pour la majorité des terminaux à conteneurs. Dans l’espace de stockage, les conteneurs sont classés selon une priorité donnée (en fonction du port de destination, de son poids, du propriétaire, etc.). Pendant le processus de récupération, les conteneurs de faible priorité qui sont placés sur des conteneurs de priorité´e plus forte doivent être déplacés pour permettre n’accédez à ces derniers. Ces mouvements improductifs, appel´es relocalisations, demandent du temps. Dans ce travail, on ´étudié des questions concernant la séquence des opérations nécessaires pour récupérer les conteneurs et qui minimisent le nombre de relocalisations. Pour une configuration initiale des piles, deux scénarios sont pris en compte pour la séquence de récupération, celle-ci est soit complètement connue soit incertaine. Dans le premier scénario, deux problèmes sont étudiés, le Pre-Marshalling Problème (PMP) et le Block Relocation Problem (BRP). L’objectif dans le PMP est de transformer la configuration initiale en une autre en utilisant un nombre minimum de relocalisations, de telle sorte que tous les conteneurs puissent être récupérés ultérieurement dans l’ordre prescrit sans avoir besoin de nouvelles relocalisations. L’objectif du BRP est de récupérer tous les conteneurs un par un selon la séquence de récupération en utilisant un nombre minimum de relocalisations. Nous présentons un nouveau modèle unifié de programmation linéaire en nombres entiers pour résoudre ces deux problèmes. Les nouvelles formulations sont comparées `a d’autres modèles existants en utilisant des instances disponibles dans la littérature. Le deuxième scénario suppose que la séquence de récupération n’est pas entièrement connue. Les problèmes suivants seront étudiés. Le Block Retrieval Problem (BRTP) vise `a minimiser le nombre de relocalisations, tout en récupérant les conteneurs cibles appartenant `a un client donné. Le choix des relocalisations conduit `a des configurations de piles alternatives, dont certaines minimiseraient les relocalisations des récupérations `a venir. Le Bi-objective Block Retrieval Problem (2BRTP) comprend un objectif secondaire, la minimisation du nombre prévu de déplacements pour récupérer les conteneurs du prochain client. Cette thèse fournit des preuves de complexité pour le BRTP et 2BRTP. Un algorithme par séparation et évaluation, (branch-and-bound (B&B) en anglais) et une heuristique en temps linéaire sont développés pour le BRTP. Un algorithme B&B et un algorithme du type Beam Search sont présentés pour le 2BRTP. Des expérimentations sur des instances générées au hasard ainsi que sur des instances de la littérature adaptées au problème sont effectuées et les résultats sont présentés.

The arrangement of containers in stacks is a common practice adopted by the majority of the container terminals. In the storage yard, containers are classified according to a given priority (based on destination port, weight class, owner, etc). During the retrieval process, obstructing containers with low priority need to be shifted to give access to higher priority containers positioned in the lower positions of the stacks. These unproductive moves, called relocations, are time consuming. In this work, questions concerning the sequence of operations required for retrieving the containers that uses the minimum number of relocations are investigated. Given an initial stack configuration, two scenarios are considered for the retrieval sequence, whether it is fully known or uncertain. In the first scenario, two problems are studied, the Pre-marshalling Problem (PMP) and the Block Relocation Problem (BRP). The aim in the PMP is to transform the initial configuration in another one using a minimum number of relocations, in such a way that all containers can be retrieved later on in the prescribed order without the need of new relocations. The objective in the BRP is to retrieve all the containers one by one according to the retrieval sequence by using a minimum number of relocations. We present a new unified mixed integer linear programming model for solving both the PMP and the BRP. The new formulations are compared to other existing models by using a large set of instances available in the literature. The second scenario assumes that the retrieval sequence is not fully known. The following problems are studied. The Block Retrieval Problem (BRTP) aims at minimizing the number of relocations, while retrieving target containers belonging to a customer. The choice of relocations leads to alternative stack configurations, some of which would minimize the relocations of forthcoming retrievals. The Bi-objective Block Retrieval Problem (2BRTP) includes a secondary objective, i.e., the minimization of the expected number of relocations for retrieving the containers of the next customer. This thesis provides NP-Hardness proofs for both the BRTP and 2BRTP. A branch-and-bound (B&B) algorithm and a linear time heuristic are developed for the BRTP; a B&B algorithm and a beam search algorithm are presented for the 2BRTP. Extensive computational tests on randomly generated instances as well as instances adapted from the literature are performed, and the results are presented.