Modeling and solving a distribution network design problem with multiple operational constraints. Application to a case-study in the automotive industry. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Modeling and solving a distribution network design problem with multiple operational constraints. Application to a case-study in the automotive industry.

Résumé

Facility location and network design theories have been widely studied by OR researchers during the last decades. This interest might be explained by the strategic importance of these problems for industrial companies as well as by the research challenges to be tackled to model and solve them. Although real-life case-studies reported in the academic literature are rather scarce, several recent works have focused on improving the practical relevance of facility location models by considering operational features. The purpose of our research project is to develop a distribution network design model taking into account many realistic features arising from a case-study in the field of car distribution. Our modeling choices were motivated by our practical application but can be relevant in other industrial contexts. The overall network structure consists of three levels: plants in the fi rst level, distribution centres (DCs) in the second one and customers in the third one. We assume that the number and location of the plants as well as the number and location of the customers are fixed. Given the demand of customers and a list of potential DCs, our main concern is to locate DCs and to assign customers to them in such a way as to minimize the total distribution costs. Our contributions relate to the modeling of a real-life problem, the development of e fficient solution methods and the analysis of the obtained numerical results. In terms of problem modeling, we integrate various operational features that were considered separately in the literature but have never been combined in a same model. Namely, we introduce a clustering-based approach to model vehicle routing, minimum volume constraints to ensure full truckload transport, minimum and maximum throughput constraints on DCs, maximum covering distance constraints and single sourcing restrictions. Furthermore, we study a multi-period extension of the problem using an original dynamic clustering to model multi-period vehicle routing. In terms of solution method, as the problem we study is NP-Hard in the strong sense, we propose effi cient heuristic procedures based on various types of linear relaxation. Through our numerical experiments, we show that the implemented heuristics off er near-optimal solutions with less computational e ffort than applying an exact MIP solver. We also analyze the structure of the obtained networks and compare the results of several versions of the model, highlighting the value of integrating a pre-processing clustering step and of using a multi-period approach.
A cause de leur aspect strat égique et des divers challenges qu'ils repr ésentent en termes de mod élisation et de r ésolution, les probl èmes de localisation et de conception de r éseaux ont été largement étudi es par les sp écialistes en recherche opérationnelle. Par ailleurs, bien que les études de cas dans ce domaine soient rares dans la litt érature, plusieurs travaux r écents ont int égr é certains aspects op érationnels afi n de rendre ces probl èmes d'optimisation plus r éalistes. L'objet de notre projet de recherche est le d éveloppement d'un mod èle de conception d'un r éseau de distribution prenant en compte plusieurs aspects op érationnels inspir és d'une étude de cas dans le domaine de l'automobile. Bien que nos choix de mod élisation soient motiv és par cette étude de cas, ils restent applicables dans d'autres secteurs industriels. Le r éseau de distribution consid ér é se compose de trois niveaux : les usines au premier niveau, les centres de distribution (CD) au deuxi ème niveau et les clients au dernier niveau. Nous supposons que le nombre et la localisation des usines ainsi que le nombre et la localisation des clients sont connus. Etant donn é la demande des clients et une liste de CD potentiels, l'objectif est de d éterminer la localisation des CD a ouvrir et d'y a ffecter les clients de mani ère a minimiser le coût total. Nos contributions par rapport aux travaux existants concernent la mod élisation et la r ésolution du probl ème ainsi que les tests num ériques eff ectu és. En termes de mod élisation, nous consid érons divers aspects op érationnels qui ont été pris en compte s épar ément dans la litt érature mais jamais combin és dans un même mod èle. Plus particuli èrement, nous introduisons un "clustering" en pr étraitement afi n de mod éliser les tourn ées de camions. Nous int égrons également des contraintes de volume minimum sur les axes de transport pour assurer l'utilisation de camions pleins, des contraintes de volume minimum et de capacit é maximale sur les centres de distribution, des contraintes de distance de couverture maximale et des contraintes d'uni-aff ectation. Par ailleurs, nous étudions une extension multi-p ériodes du probl ème en utilisant un "clustering" dynamique pour mod éliser des tourn ées de camions multi-p ériodes. En termes de r ésolution, comme le probl ème étudi é est NP-di ffcile au sens fort, nous proposons di fférentes m éthodes heuristiques performantes bas ées sur la relaxation lin éaire. A travers les tests eff ectu és, nous montrons que ces m éthodes fournissent des solutions proches de l'optimale en moins de temps de calcul que l'application directe d'un solveur lin éaire. Nous analysons également la structure des r éseaux de distribution obtenus et nous comparons les r ésultats issus de plusieurs versions du mod èle afi n de montrer la valeur ajout ée du "clustering" ainsi que de l'approche multi-p ériodes.
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Dates et versions

tel-00946890 , version 1 (14-02-2014)

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  • HAL Id : tel-00946890 , version 1

Citer

Mouna Kchaou-Boujelben. Modeling and solving a distribution network design problem with multiple operational constraints. Application to a case-study in the automotive industry.. Operations Research [math.OC]. Ecole Centrale Paris, 2013. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00946890⟩
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