Transportation Problems, Their Solution Methods and an Application to Sea Transport

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2009
Major/Subject
Sovellettu matematiikka
Mcode
Mat-2
Degree programme
Teknillisen fysiikan ja matematiikan tutkinto-ohjelma
Language
fi
Pages
110
Series
Abstract
Transportation models form an important solution method for transportation, delivery and logistical problems. In practise, these problems are hard to solve, and, thus, special care is needed when modelling them and choosing solution methods. This thesis provides a wide perspective to transportation optimization and an example for how they can be utilized in optimizing sea transports. First a thorough literature review is presented and it can be categorized in three parts: vehicle transportation models, recent results from the ship transportation research and different solution methods of transportation problems. The most important transportation models, their properties and other (for practical problems) important features (e.g., heterogeneous fleet, compartments, time dependent features etc.) are presented. In addition, the latest achievements in ship routing and scheduling are provided, and the essential features of ship transportation modelling are covered. Regarding the solution methods of transportation optimization, a wide presentation of available exact and approximate methods (heuristics and metaheuristics) is provided. Approximate methods try to find near optimal solutions fast, which is a great asset for many real world problems. Transportation planners value speed in finding solution, and often a nearly optimal solution is good enough. This paper provides information on the functioning and different properties of exact and approximate solution methods. In addition, some remarks on the competitiveness of mainly heuristics and metaheuristics are presented. The other part of this thesis presents the different properties of ship transportation planning of Neste Oil. In addition, the main causes for uncertainty in ship's operational environment are identified. After that the structure of optimization tool is presented (optimization model, solution methods and the main feature of both), which presents some of the ideas of what is needed in state of the art optimization tool and what must be considered when choosing the solution methods. Finally, an analysis of the optimization tool and its different planning possibilities, alternative ways of managing the uncertainty of ship transportation and the possible development alternatives for the future is presented.

Kuljetustehtävät muodostavat tärkeän ongelmanratkaisukeinon kuljetusten, jakelun ja logistiikan alalla. Käytännössä nämä ongelmat ovat usein hyvin hankalia ratkaista, minkä vuoksi niiden mallintamiseen ja ratkaisukeinojen valintaan on kiinnitettävä erityistä huomiota. Tässä työssä muodostetaan kokonaiskuva kuljetustehtävien optimoinnista ja sen soveltamisesta käytännön laivakuljetusten optimointiin. Työ aloittaa erittäin kattavalla kirjallisuuskatsauksella, joka jakautuu kolmeen osaan: ajoneuvojen kuljetustehtävämallit, laivakuljetustehtävien viimeaikaiset tutkimustulokset ja kuljetustehtävien ratkaisumenetelmät. Katsauksessa käsitellään tärkeimmät ajoneuvojen kuljetustehtävätyypit, niiden ominaisuudet sekä muut käytännön kuljetusongelmien kannalta tärkeät piirteet (mm. heterogeeninen laivue, kuljetusosastot, ajasta riippuvat ominaisuudet jne.). Laivakuljetustehtävien tutkimuksen osalta käsitellään laivojen reititys- ja aikataulutustehtävien viimeaikaisia saavutuksia, mikä täydentää olemassa olevia kartoituksia. Lisäksi esitellään olennaisimmat erityispiirteet, jotka laivakuljetuksien mallintamisessa on otettava huomioon. Kuljetustehtävien ratkaisumenetelmistä muodostetaan laaja kokonaiskuva käymällä läpi tarkkaan optimiin pyrkivät ja approksimatiiviset (heuristiset ja metaheuristiset) menetelmät. Approksimatiiviset menetelmät pyrkivät löytämään nopeasti mahdollisimman läheltä optimaalista ratkaisua olevan ratkaisun, mikä on etu monien käytännön sovellutusten kannalta. Käytännön kuljetussuunnittelussa ratkaisun löytämisen nopeus on hyvin tärkeä ominaisuus, ja usein lähes optimaalinen ratkaisu on riittävän hyvä käyttötarkoitukseensa. Työssä annetaan tietoa eri ratkaisumenetelmien ominaisuuksista ja toimintaperiaatteesta, minkä lisäksi esitetään huomioita lähinnä heurististen ja metaheurististen menetelmien kilpailukyvystä. Työn soveltamisosassa esitetään ensin kuvaus Neste Oilin laivakuljetusongelmasta ja laivakuljetusten suunnittelusta. Sen lisäksi tunnistetaan laivojen toimintaympäristön keskeiset epävarmuustekijät, jotka hankaloittavat suunnittelutyötä aiheuttamalla muutoksia laivojen aikatauluihin. Tämän jälkeen esitetään optimointityökalun rakenne (optimointimalli, ratkaisumenetelmät ja molempien ominaisuudet), jonka kuvauksen kautta muodostuu näkemys, mistä nykyaikainen optimointityökalu koostuu ja mihin ratkaisumenetelmien valinnassa on kiinnitettävä huomiota. Viimeisenä analysoidaan optimointityökalun eri suunnittelumahdollisuudet, vaihtoehtoiset tavat hallita laivakuljetusten sisältämät epävarmuustekijät sekä Neste Oilin optimointityökalun mahdolliset kehittämiskohteet.
Description
Supervisor
Ehtamo, Harri
Thesis advisor
Bräysy, Olli
Pylkkänen, Eero
Keywords
VRP, VRP, PDP, PDP, ship, laiva, routing, reititys, scheduling, aikataulutus, exact methods, tarkat ratkaisumenetelmät, heuristics, heuristiikat, metaheuristics, metaheuristiikat, transportation planning, kuljetussuunnittelu
Other note
Citation