An Architecture for Field Work Management and a Scheduling Solution

Abstract

The efficient maintenance of the railway network is crucial for Finland’s transportation system. In this thesis an optimization application was developed for a Finnish company that specializes in maintaining railway network devices, but there is an opportunity to improve their practices in terms of daily task assignments to working groups. This study focuses on addressing the task assignment challenge as a Vehicle Routing Problem (VRP) by finding the most efficient routes for servicing devices. The objective is to introduce a new system connected to the existing WorkManagement application owned by Geometrix Oy, that optimizes the order in which the devices are maintained and enhances operational management. The problem is formulated as a VRP with Profits (VRPP) problem, whose main objective is to minimize the number of routes needed to service all devices. In broad terms, the study proposes a process that divides the set containing all the devices into smaller solvable subsets and solves them as an Integer Program (IP). Various objective functions are tested, and the best one is identified as the one that maximizes daily maintenance time and the number of devices visited and subsequently minimizing driving duration. The developed solution consists of a front-end interface, a back-end using the OR-Tools framework, and a database for storing pre-calculated routes and driving durations. The process involves the supervisor selecting working groups, the back-end creating a pool of available devices, initializing the solver to optimize the problem, and presenting the result for the supervisor’s acceptance or rejection. Testing of the solution demonstrates promising results, and a simplified version is implemented for the focus company in this thesis, which stores pre-computed routes in a database for instant retrieval. The thesis discusses relevant VRP literature, describes the problem as a Multi-Depot Vehicle Routing Problem with Profits (MDVRPWP), presents a binary integer programming (BIP) model, discusses solving methods using OR-Tools, explains the integration into the existing system, provides testing results, and concludes with recommendations for future features and improvements.

Effektivt underhåll av järnvägsnätverket är avgörande för Finlands transportsystem. I denna avhandling utvecklades en optimeringsapplikation för ett finskt företag som är specialiserat på underhåll av järnvägsnätverkets apparater, men det finns en möjlighet att förbättra deras praxis när det gäller distribuering av dagliga arbetsuppgifter till arbetsgrupper. Denna studie fokuserar på att adressera utmaningen med arbetsuppgiftstilldelning som ett Vehicle Routing Problem (VRP) genom att hitta de mest effektiva rutterna för underhåll av apparaterna. Målet är att introducera ett nytt system som är kopplat till det existerande WorkManagement-programmet ägt av Geometrix Oy, vilket optimerar ordningen för enhetsunderhåll och förbättrar operationell hantering. Problemet formuleras som ett VRP med vinster (VRPP), vars huvudsakliga mål är att minimera antalet rutter som behövs för att underhålla alla enheter. I stora drag föreslår studien en process som delar upp mängden apparater i mindre lösbara delmängder och löser dem som ett heltalsprogram (IP). Olika målfunktioner testas, och den bästa identifieras som den som maximerar daglig underhållstid och antalet besökta enheter samtidigt som den minimerar körtiden. Den utvecklade lösningen består av ett front-end för användaren, en back-end med hjälp av OR-Tools-ramverket och en databas för att lagra förberäknade rutter och körtider. Processen innefattar att handledaren väljer arbetsgrupper, bakänden skapar en pool av tillgängliga enheter, initialiserar lösaren för att optimera problemet och presenterar resultatet för handledarens godkännande eller avslag. Testningen av lösningen visar lovande resultat, och en förenklad version implementeras för fokusföretaget i denna avhandling, där förberäknade rutter lagras i en databas för omedelbar åtkomst. Avhandlingen diskuterar relevant litteratur om VRP, beskriver problemet som ett VRP med vinster och flera depåer (MDVRPWP), presenterar en binär heltalsprogrammeringsmodell (BIP), diskuterar lösningsmetoder med OR-Tools, förklarar integrationen i det existerande systemet, presenterar testresultat och avslutas med rekommendationer för framtida funktioner och förbättringar.