Encontrando Locais de Instalações em Meio a Incertezas de Demanda
As empresas enfrentam dificuldades com a escolha de locais devido à demanda dos clientes que muda e à congestionamento.
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Índice
No mundo de hoje, as empresas precisam escolher os melhores locais pra suas instalações enquanto gerenciam as necessidades dos clientes. Esse processo fica ainda mais complicado quando tem incertezas na demanda dos clientes e quando as instalações podem ficar congestionadas por causa de muitos clientes. Esse artigo fala sobre um problema específico chamado problema de localização de cobertura parcial congestionada (CPSCLP).
O objetivo do CPSCLP é encontrar os melhores locais pra instalações de um jeito que minimize custos, mas ainda sirva os clientes de forma eficaz. Isso envolve abrir instalações, atender às demandas dos clientes e gerenciar o congestionamento. O congestionamento pode rolar quando muitos clientes são atendidos em uma instalação, levando a uma qualidade de serviço ruim e custos altos.
Visão Geral do Problema
Quando estão montando as instalações, as empresas querem cobrir certas necessidades dos clientes sem gastar demais. Cada cliente quer uma instalação por perto, e quanto mais perto, melhor o serviço. Quanto mais clientes uma instalação atende, mais custos ela gera, principalmente se a demanda ultrapassar sua capacidade.
O jeito que isso funciona é que as empresas buscam potenciais locais pra suas instalações. Elas escolhem quais desses locais abrir com base na necessidade de cobrir os clientes e minimizar custos. O desafio é que às vezes a demanda pode mudar de forma inesperada ou ser difícil de prever.
Incerteza na Demanda e Congestionamento
Na vida real, a demanda dos clientes não é constante e pode variar bastante. Isso torna o planejamento complicado. Se uma empresa estima que a demanda vai ser baixa, mas na verdade acaba sendo alta, a instalação pode ficar sobrecarregada. Esse congestionamento pode causar atrasos e clientes insatisfeitos, o que pode acabar prejudicando a reputação e as finanças da empresa.
Pra lidar com isso, as empresas podem usar uma estratégia chamada robustez. Robustez é sobre se preparar pros piores cenários que podem impactar a demanda. Em vez de apenas fazer planos baseados na demanda média, as empresas podem criar estratégias que considerem picos ou quedas na demanda.
Escolhas de Localização de Instalações
Quando se trata de escolher onde colocar as instalações, vários fatores precisam ser considerados. Cada local potencial tem custos associados à sua abertura, e alguns locais podem ser mais eficazes em atender às necessidades dos clientes. O desafio é encontrar um equilíbrio entre o custo de abrir instalações e a necessidade de atender os clientes de forma eficaz.
Escolher o melhor local requer analisar a distribuição de clientes e padrões de demanda. A empresa precisa garantir que está oferecendo um serviço adequado aos seus clientes sem gastar demais com os custos das instalações.
Decomposição de Benders
Papel daUm jeito de lidar com o CPSCLP é chamado de decomposição de Benders. Esse método quebra o problema em partes menores e mais fáceis de gerenciar. Em vez de resolver todo o problema de uma vez, ele separa a tomada de decisão em duas partes: decidir onde abrir instalações e como alocar as demandas dos clientes pra essas instalações.
Usando a decomposição de Benders, as empresas podem focar nas principais decisões primeiro e depois refinar suas escolhas com base nos resultados. Essa abordagem torna mais fácil lidar com problemas complexos como o CPSCLP, especialmente quando tem muitos clientes e locais potenciais pra considerar.
Implementação da Decomposição de Benders
Quando vão colocar a decomposição de Benders em prática, as empresas precisam considerar como estruturar seus modelos. Isso inclui definir os custos associados à abertura de instalações e ao atendimento de clientes, além de como o congestionamento afeta esses custos.
A implementação envolve usar softwares especializados que conseguem lidar com esse tipo de modelagem matemática. As empresas geralmente dependem de solucionadores avançados que podem trabalhar de forma eficiente nos cálculos complexos envolvidos na decomposição de Benders.
Análise de Sensibilidade
Depois que uma solução é gerada, as empresas costumam fazer uma análise de sensibilidade. Isso envolve olhar como as mudanças em diferentes parâmetros afetam a solução. Por exemplo, se a demanda aumenta ou diminui, como isso impacta os custos e a escolha dos locais das instalações?
Fazendo análises de sensibilidade, as empresas podem entender a robustez de seus planos. Isso ajuda elas a se prepararem melhor pras incertezas, garantindo que possam se adaptar às mudanças na demanda dos clientes.
Experimentos Computacionais
Pra validar a eficácia de seus modelos, as empresas costumam rodar experimentos computacionais. Isso envolve testar o modelo em diferentes cenários e ver como ele se sai. Os experimentos ajudam a entender como diferentes parâmetros interagem e como influenciam os objetivos gerais de minimizar custos e maximizar a cobertura das demandas dos clientes.
Analisando os resultados desses experimentos, as empresas podem determinar as melhores abordagens pros seus problemas de localização de instalações. Elas conseguem identificar quais métodos trazem os melhores resultados em termos de eficiência de custos e qualidade de serviço.
Conclusão
Escolher os locais certos pras instalações enquanto gerencia o congestionamento e a incerteza na demanda é um processo complexo. Técnicas como a decomposição de Benders podem simplificar bastante essa tarefa, permitindo que as empresas tomem decisões informadas que levam a uma melhor alocação de recursos e satisfação do cliente.
À medida que a demanda continua a mudar, entender essas várias estratégias se torna essencial pras empresas. Isso permite que elas permaneçam competitivas e responsivas às necessidades dos clientes, garantindo que possam manter um alto nível de serviço enquanto gerenciam os custos de forma eficaz.
Título: Benders decomposition for congested partial set covering location with uncertain demand
Resumo: In this paper, we introduce a mixed integer quadratic formulation for the congested variant of the partial set covering location problem, which involves determining a subset of facility locations to open and efficiently allocating customers to these facilities to minimize the combined costs of facility opening and congestion while ensuring target coverage. To enhance the resilience of the solution against demand fluctuations, we address the case under uncertain customer demand using $\Gamma$-robustness. We formulate the deterministic problem and its robust counterpart as mixed-integer quadratic problems. We investigate the effect of the protection level in adapted instances from the literature to provide critical insights into how sensitive the planning is to the protection level. Moreover, since the size of the robust counterpart grows with the number of customers, which could be significant in real-world contexts, we propose the use of Benders decomposition to effectively reduce the number of variables by projecting out of the master problem all the variables dependent on the number of customers. We illustrate how to incorporate our Benders approach within a mixed-integer second-order cone programming (MISOCP) solver, addressing explicitly all the ingredients that are instrumental for its success. We discuss single-tree and multi-tree approaches and introduce a perturbation technique to deal with the degeneracy of the Benders subproblem efficiently. Our tailored Benders approaches outperform the perspective reformulation solved using the state-of-the-art MISOCP solver Gurobi on adapted instances from the literature.
Autores: Alice Calamita, Ivana Ljubić, Laura Palagi
Última atualização: 2024-01-23 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2401.12625
Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2401.12625
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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