UM ALGORITMO BRANCH AND BOUND PARA RESOLUÇÃO DE PRQBLEMAS DE LOC'AL

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UM ALGORITMO BRANCH AND BOUND PARA RESOLUÇÃO
DE PRQBLEMAS DE LOC'AL IZAÇAO CAPACITADOS
Ronaldo Rust
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE
PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE
JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA OBTENÇÃO DO
GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS (M. Sc.)
Aprovada p o r :
Claudio Thomas B o r n s t e i n
(Presidente)
N e l i c ~ o m i n ~ u ePsi"z z o l a t o
Ronaldo Ces& Marinho P e r çi ano
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
MARÇG DE 1983
RUST, RONALDO
Um Algoritmo Branch and Bound para ~esoluçãod e Problemas de
Localização Capacitados - (Rio de Janeiro) 1983
X , 2 0 4 ~ . 29,7 om (COPPE-UFRJ, M. Sc,, Engenharia de
.
Sistemas e Computação)
Tese - Universidade Federal do Rio de Janeiro. Faculdade de
Engenharia
1. Problemas de Localizajão
I. COPPE/UFRJ
11. ~ í t u l o( Sgrie)
iii
Dedico esse trabalho em primeiro lugar 2 minha mu
lher Maria Vitoria e ao meu filho Daniel, por terem me incenti-
vado e me apoiado em todas as etapas do mestrado e terem, cada
um à sua maneira, tentado compreender a minha ausência nos pe-
ríodos de aula, de estudo e de confecção da tese. Sem seu amor
e carinho eu talvez não tivesse conseguido concluir o trabalho,
sendo que o Daniel com suas frases simples e seu maravilhoso r-a
ciochio de criança, me fez refletir sobre a nossa tendência de
complicar muitas vezes problemas simples, fazendo com que eu
tentasse simplificar ao maximo a solução dos problemas aqui en-
contrados.
Presto uma homenagem póstuma ao meu pai que infe-
lizmente não pode ver a conclusão da tese, mas que teve uma
participação importante nela, ja que me deu a infraestrutura m-o
r a l e intelectual para que eu pudesse executar essa empreitada.
A minha mãe de quem eu herdei a vitalidade e que
com seu carinho materno apoiou toda a minha formação, também
presto uma hcmenagem.
Agradeço 2 Daisy pelo excelente trabalho de dati-
lografia apresentado e também aos profissionais do Núcleo de
Computação Eletronica da UFRJ pela grande ajuda prestada.
Finalmente agradeço ao Professor Claudio Thomas
Bornstein por ter com sua capacidade, dedicação e seriedade
profissional me ajudado a concluir a b ~ mter mo esse trabalho.
RESUMO
Neste trabalho apresentamos um algoritmo baseado
no método "Branch and Bound" para obtenção da solução Ótima ex-a
t a de problemas de localização capacitados, com restrições line-a
res e funções de custo concavas ou do tipo escada. As funções
concavas normalmente aparecem em problemas onde temos a presença
de economias de escala. As do tipo escada, quando temos por exem-
-
plo fábricas ou ari,iazéns constituídos de mÓdulos, onde cada mÓdu
10 tem custo fixo.
Desenvolvemos a parte teórica, onde mostramos a
filosofia do método Branch and Bound e a sua aplicação a proble-
mas de localização capacitados com funções cõncavas ou do tipo
escada. Em seguida, na parte pnática do trabalho, detalhamos o
software que implementamos no computador Burroughs B-6700 . da
UFRJ e apresentamos os resultados dos testes realizados, testes
èstes baseados em dados reais referentes localização de arma-
zéns para estocagem de arroz.
We present an algorithm based on the Branch and
Bound method, to obtain the exact optimal solution of .cgpa&ita-
ted location problems, with linear restrictions and concave or
staircase cost functions. Concave cost functions normaly apear
in problems involving economies of scale. Staircase functi ons
are present in problems were the facilities are constructed as
modules, were each module has fixed costs.
We formulate the principies of the Branch and
Bound method. Then we examine the application of this nethod to
the capacitated plant location problem with concave or staircase
cost functions. We also develop the software wnich was implemen-
ted on a Burroughs B-6700 and we present the results of tests
based on a real warehouse location problem.
v i i
.......................
CAP~TULO 2 .- RE VISÃO DA LITERATURA
...................................
CAPITU3L .OM OTIVAÇÃO
........................
CAPÍTUL4 O. O "BRANCH AND BOUND"
.........................................
4.1 . Introduçao
.................................
+
4.2 . Definições Basicas
4.3 . O "Branch and Bound" Aplicado à Programação Linear
............................................
Inteira
................................
4.4 - Exemplo Explicativo
..........................................
4.5 . Conclusao
Um
CAPÍTU5L O. APLICACÃO DO B&B A REDE DE FLUXO CAPACI-
. . ......................
TADA COM F O C~NCAVA
.........................................
5.1 . Introduçao
...............
5.2 . Definições. Lemas e Teoremas Básicos
...............................
5.3 . O Algoritmo Proposto
..........................
5.4 . Detalhamento do Algoritmo
v i i i
CAPITU6L O. APLICACÃO DO B&B A UMA REDE DE FLUXO CAPACI-
. . .............
TADA COM F O DO TIPO "ESCADA" 46
.........................................
6.1 . Introdução 46
.........
6.2 . Adaptação do Algoritmo para Funções Escada 49
...........
6.3 . convergência e Complexidade do Algoritmo 59
..................................
CABÍTUL7 O. O PROGRAMA 63
.........................................
Introduçao
........................
Descrição Geral do Programa
.......................
. Principais Caracterrsticas
..............................
. Blocos e Procedures
...............................
. Variaa veis e Listas
..................................
Entrada dos Dados
-
.......................................
-
dn.t roduçao
...........................
- Cartão Tipo M (Mestre)
..........................
- Cartão Tipo fl (Funções)
.........................
- Cartão Tipo 1 (Produção)
...........
-
Cartão Tipo 2 (Transporte/Armazenagem)
..........................
- Cartão Tipo 3 (Consumo)
.........................................
Relatorios
-
.......................................
- Introduçao
....................
- Listagem dos Cartões de Dados
...........................
-
Listagem Passo a Passo
..........................
- Resumo do Processamento
............................
7.4.5 . Resultado do Problema 99
.............................
7.4.5.1 . Centros Produtores 99
.....................................
7.4.5.2 . Transporte 99
....................................
7.4.5.3 .A rmazenagem 100
...........................
7.4.5.4 - Centros Consumidores 100
......................................
CAPÍTUL8 O. TESTES 108
.........................................
8.1 . Introdução 108
........................
8.2 . Testes com Funções ~ 6 n c a v a s 109
..................
8.3 . Testes com Funções do Tipo Escada 118
..................................
8.4 . Teste Comparativo 126
.............................
8.5 - comentários Adicionais 128
...........................
CONCLUSÕES FINAIS
.............................................
BIBLIOGRAFIA 133
.....................
ANEXO I . LISTAGEM DO PROGRAMA FONTE 137
.............
ANEXO I1 . FORMULARIOS PARA ENTRADA DE DADOS 168
.............
ANEXO I11 .T ESTE COMPLETO DO PROBLEMA 8.4.1 172
...........................
ANEXO 111.1 - CARTÕES DE DADOS 173
.....................
ANEXO 111.2 . LISTAGEM PASSO A PASSO
....................
ANEXO 111.3 . RESUMO DO PROCESSAMENTO
.........................
ANEXO 111.4 . CENTROS PRODUTORES
.................................
ANEXO 111.5 . TRANSPORTE
................................
ANEXO 111.6 . ARMAZENAGEM
.......................
ANEXO 111.7 . CENTROS CONSUMIDORES