Desenvolvimento de uma meta-heurística simulated annealing para a programação da manutenção de via permanente

Abstract

RESUMO: O transporte ferroviário é um elemento de suma importância para a economia nacional, visto sua capacidade de transportar uma grande tonelagem por longas distâncias, tornando este meio de transporte o principal nas cadeias produtivas de commodities agrícolas e minerais no país. Deste modo, a busca pela eficiência operacional no transporte ferroviário é almejada, e, diante do impacto que a qualidade da via férrea causa nas operações de transporte, a manutenção do modo de transporte é imprescindível. Diante dos altos custos intrínsecos às atividades de manutenção, são abordadas na literatura as possíveis soluções para aprimorar o processo de programação da manutenção. Assim, esta pesquisa tem como objetivo desenvolver uma meta-heurística capaz de realizar a programação das atividades de manutenção da via permanente por máquinas de via, considerando as restrições de janela de tempo para a execução dos pedidos e a possibilidade de rejeição, primeiramente visando maximizar o atendimento em termos do peso de importância e prioridade dos pedidos, e posteriormente minimizar os deslocamentos realizados pelas máquinas de via. Foi desenvolvida uma meta-heurística Simulated Annealing, acompanhada de um método construtivo para gerar uma solução inicial factível. O desenvolvimento do algoritmo foi realizado por meio da linguagem de programação C, sendo avaliado a partir das instâncias de teste geradas. Os experimentos computacionais indicaram que o modelo proposto foi capaz de aprimorar a solução factível inicial em todas as 15 instâncias de teste, conseguindo melhorias substanciais com tempos de execução inferiores à 6 segundos mesmo nas maiores instâncias, compostas por até 80 atividades de manutenção, o que indicou a validade do modelo desenvolvido nesta pesquisa.

ABSTRACT: The rail transport is a key element for the national economy, given its capacity to transport a large tonnage for long distances, which makes this mean of transportation the most used in Brazilian productive chains of agricultural and mineral commodities. In this way, the pursuit for operational efficiency in the rail transport is longed for, and, given the impact of track quality on railway operations, maintenance becomes a crucial activity. Regarding the high costs associated to maintenance activities, the possible solutions to improve the maintenance scheduling process are discussed on the current literature. Given this context, this research aims to develop a metaheuristic capable of scheduling the permanent way maintenance jobs with track machinery, regarding the time window restrictions and job refusing possibility, first addressing the maximization of maintenance service results in means of weights attributed to each job, and then aiming to reduce the travel distance by track machines. A Simulated Annealing metaheuristic was developed, followed by a constructive procedure to generate an initial feasible solution. The algorithm was developed in the programming language C and evaluated through the created test instances. The computational experiments indicated that the proposed model was capable to improve the initial feasible solution in all 15 instances, achieving considerable enhancements with execution times below 6 seconds, even on the biggest instances, with up to 80 maintenance job requests, such that the model developed on this research is validated.