Endüstriyel atık toplama operasyonlarında araç rotalama problemleri için bir sezgisel algoritma geliştirilmesi
Developing a heuristic algorithm for vehicle routing problems in industrial waste collection operations
Yazar: MERT BAKIR
Danışman: PROF. DR. SEMİH ÖNÜT
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Sistem Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering

Özet:
Atık üretimi; ekonomik gelişmeler, şehirleşme ve nüfusun artmasına bağlı olarak tüm dünyada her geçen gün artmaktadır. Buna bağlı olarak atık maliyetleri ve dolayısıyla atık yönetimi operasyonlarının önemi de artmaktadır. Kötü yönetilen atık, sebep olduğu ticari maliyetlerin yanısıra çevreye ve canlı yaşamına da zarar vermektedir. Yeni yayınlanan yönetmelikler ile geri dönüşümün teşvik edilmesi ve atık toplama süreçlerinde üretici şirketlere de sorumluluk yüklenmesi sonucunda; gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerde endüstriyel atık toplama operasyonları artış gösterecektir. Hem ticari maliyetlerin hem de ekolojiye verilen zararın azaltılması anlamında bu operasyonların optimize edilmesi kritik önem taşımaktadır. Bu çalışmada, atık toplama operasyonları içerisinde özel bir konu olan, endüstriyel atık toplama operasyonları ele alınmıştır. Bu problemde, alışılagelmiş atık toplama operasyonlarından farklı olarak, atık değil; 'skip' ya da 'roro' adı verilen büyük konteynerler araca yüklenir ve ilgili lokasyonlar arasında taşınır. Konteynerler; fabrikalar, şehir merkezleri, alışveriş merkezleri, inşaat sahaları, geniş park ve bahçeler gibi alanlarda konumlandırılır ve genellikle bir aracın tek seferde bir tane taşıyabileceği büyüklükte olurlar. Konteynerler araca yüklenir ve servis noktaları, atık boşaltım merkezi ve konteyner deposu arasında ilgili yerlere taşınır. Bir servis noktasına yeni boş konteyner yerleştirmek, mevcut konteyneri tamamen kaldırmak, dolu konteyneri boşaltıp geri getirmek, dolu konteyneri boş ile değiştirmek gibi farklı iş emirleri vardır. Amaç fonksiyonu; araç sayısını, operasyonel maliyetleri ya da aracın boş gittiği zamanı en azlamak olarak tanımlanır. Farklı atık tipleri, farklı konteyner tipleri, birden fazla atık boşaltım merkezi, birden fazla konteyner deposu, araç kapasitesi, konteyner istifleme kuralları gibi gerçek hayatta karşılaşılan durum ile problem zorlaşmakta ve yeni problem çeşitleri ortaya çıkmaktadır. Çalışma kapsamında, literatürdeki çalışmalar sistematik bir şekilde incelenmiş ve farklılıkları değerlendirilmiştir. Problemin özelliklerine göre oluşan farklı varyantlar ele alınmış ve bu varyantların nasıl modellenebileceği üzerine çalışılmıştır. Çözüm için, biri yeni geliştirilen kurucu sezgisel algoritma olmak üzere iki yöntem değerlendirilmiştir.

Abstract:
Waste generation is globally increasing; due to economic developments, urbanization and increase in population. Consequently, cost of waste operations and thus the importance of waste management operations are also increasing. Poorly managed waste not only causes huge commercial costs but additionally harms the environment and life. New regulations, promotes recycling and makes producer companies accountable of the waste they have caused directly or indirectly. Because of this, number of industrial waste collection operations will increase in the future. Optimizing these operations is critical in terms of reducing both commercial costs and environmental damage. In this study, industrial waste collection operations are discussed. In industrial waste collection, large containers called 'skip' or 'roro' are loaded onto vehicles and transported between respective locations. Containers are located in strategic areas such as factories, city centers, shopping malls, construction sites, large parks and gardens and are usually large enough for one vehicle to carry one at a time. Vehicles move these containers between service points, disposal centers and container warehouses. There are different work orders such as placing a new empty container at a service point, completely removing an existing container, emptying a full container and returning it back, replacing a full container with an empty one. Objective function is defined as minimizing number of vehicles, operational costs or deadhead time. Parameters such as different types of waste, different types of containers, multiple disposal center, multiple container depot, vehicle capacity, container stacking rules makes the real-life applications challenging and new types of problems arise with different problem characteristics. Within the scope of this study, previous works in the literature examined systematically and their differences are evaluated. Different variants and the characteristics of the problem are discussed and possible modelling approaches are studied. Lastly, two methods evaluated, one of which is the newly developed constructor heuristic algorithm, for providing a solution.