A hybrid expert system, clustering and ant colony optimization approach for scheduling and routing problem in courier services

Abstract

This paper focuses on the problem of scheduling and routing workers in a courier service to deliver packages for a set of geographically distributed customers and, on a specific date and time window. The crew of workers has a limited capacity and a time window that represents their labor length. The problem deals with a combination of multiples variants of the vehicle routing problem as capacity, multiple periods, time windows, due dates and distance as constraints. Since in the courier services the demands could be of hundreds or thousands of packages to be delivered, the problem is computationally unmanageable. We present a threephase solution approach. In the first phase, a scheduling model determines the visit date for each customer in the planning horizon by considering the release date, due date to visit and travel times. We use an expert system based on the know-how of the courier service, which uses an inference engine that works as a rule interpreter. In the second phase, a clustering model assigns, for each period, customers to workers according to the travel times, maximum load capacity and customer's time windows. We use a centroid based and sweep algorithms to solve the resulted problem. Finally, in the third phase, a routing model finds the order in which each worker will visit all customers taking into account their time windows and worker's available time. To solve the routing problem we use an Ant Colony Optimization metaheuristic. We present some numerical results using a case study, in which the proposed method of this paper finds better results in comparison with the current method used in the case study.

Machine Learning for Strategic Decision Making during COVID-19 at Higher Education Institutes

“…Besides, the information tools contribute to learners and tutors [16]. In this era, expert system codes have become more accurate than other statistical systems [17]. Artificial Neural Networks (ANN) and Support Vector Machines(SVM) have aided both practical and theoretical research due to the accuracy when making decisions [18].…”

Modelado de un problema de ruteo de vehículos con múltiples depósitos, ventanas de tiempo y flota heterogénea de un servicio de mensajería

“…Tomando en cuenta los resultados de la revisión de algoritmos de solución propuestos por otros autores, se decidió en primer lugar poner en funcionamiento una versión ajustada del algoritmo que se propuso en (López-Santana et al, 2018). Dicho algoritmo combinaba el algoritmo de centro de gravedad con la optimización por colonia de hormigas, sin embargo, la solución encontrada estimó más recursos que los utilizados en la situación real.…”

“…Para solucionar estos TSPTW se utilizó la metaheurística de optimización por colonia de hormigas. La descripción detallada con seudocódigo y ecuaciones del algoritmo de ACO-TSPTW que se utilizó se encuentra en el trabajo que fue desarrollado con otros investigadores para resolver un VRP de otro servicio de mensajería (López-Santana et al, 2018).…”

“…Dentro de la optimización combinatoria el VRP ha sido objeto de bastantes investigaciones (Golden et al, 2008). Algunas de las más recientes han podido concluir que el crecimiento de las investigaciones sobre VRP ha sido exponencial y que, además, es más frecuente encontrar estudios que tratan de incluir todas las restricciones de los problemas reales (Braekers et al, 2016;Eksioglu et al, 2009).Particularmente en los servicios de mensajería, las restricciones que usualmente se toman en consideración son las de capacidad y las ventanas de tiempo, también que se utilizan una, dos o máximo tres restricciones simultáneas (López-Santana et al, 2018). Para solucionar las diferentes variantes del VRP, existen tres tipos de métodos, los cuales se describen en la Tabla 1.…”

Comparison of Different Clustering Algorithms via Genetic Algorithm for VRPTW

“…They presented that, their proposed algorithm achieves better results than the sweep algorithm. López-Santana et al [11] considered a problem of scheduling and routing in a courier service. Before the construction of the routes, the customers are clustered by a centroid-based algorithm and a sweep algorithm.…”