Karbon salınımını azaltan ve hizmet kalitesini arttıran iki amaçlı yeşil araç rotalama problemi
Bi-Objective Green Vehicle Routing Problem Minimizing Carbon Emissions and Maximizing Service Level
Yazar: Kabadurmuş, Özgür; Erdoğan, Mehmet Serdar
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 38 No. 1, 2019
Anahtar kelimeler: Green Vehicle Routing Problem,Carbon Emission,Service Level,Alternative Fuel Vehicles,Epsilon Constraint,Multi-Objective Optimization ; Yeşil Araç Rotalama Problemi,Karbon Salınımı,Hizmet Seviyesi,Alternatif Yakıtlı Araçlar,Epsilon Kısıtı,Çok Amaçlı Optimizasyon

Bu makalede, optimizasyonliteratüründe çok çalışılmış olan Araç Rotalama Probleminin bir genişletmesiolarak iki amaçlı Yeşil Araç Rotalama Problemi tasarlanmıştır. Yeşil AraçRotalama Problemi, karbon salınımını azaltmak amacıyla Alternatif YakıtlıAraçlar kullanan firmaların rotalama ile ilgili kararlarını en iyilemeyiamaçlar. Alternatif Yakıt İstasyonu sayısının yetersiz olması sebebiyle AlternatifYakıtlı Araçların sürüş mesafeleri diğer araçlara göre daha kısıtlıdır. Busebeple, alternatif yakıtlı araçlarin rotalama kararları daha hassas ve zordur.Geliştirilmiş olan bu problem, karbon salınımını en aza indirgemek ve hizmetseviyesini en üst düzeye çıkarmak olmak üzere birbiriyle çelişen iki amacasahiptir. Karbon salınımı toplam rota mesafesi ile orantılı olarak ele alınırken,kargo teslimlerinde müşterilerin zaman penceresi ihlalini bir hizmet seviyesigöstergesi olarak ele alınmıştır. Problem, Karışık Tamsayılı Doğrusal Programlamaolarak modellenmiş ve çözümü için çok amaçlı en iyileme yöntemi olan epsilon-kısıtı(ε-kısıtı) yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntem bir çok amaçlı en iyilemeproblebleminde tüm Pareto-optimal çözümleri bulduğundan, ele alınan model kararvericiye farklı karbon emisyonu ve hizmet düzeyindeki tüm en iyi sonuçlarısunmaktadır. Hazırlamış olduğumuz model, gerçekçi olarak oluşturduğumuz varsayımsal6 vaka çalışmasında test edilmiştir. Vaka çalışmalarının üçü İzmir şehir içidağıtımı için oluşturulurken, üçü de Ege Bölgesi dağıtımı için oluşturulmuştur.Sonuçlara göre karbon salınımını en aza indirgemek ve hizmet seviyesini en üstdüzeye çıkarmak çelişmekte olan iki amaçtır. Hizmet seviyesi arttıkça kullanılanaraç sayısı ve karbon salınımı da artmaktadır. Karbon salınımı artıp, zamanpenceresi ihlali azaldıkça daha çok araç alternatif yakıt istasyonu kullanılmaktadır.Bu, zaman penceresi ihlalini azaltarak müşteri memnuniyetini arttırmanın,sadece karbon salınımı amacından değil, toplam mesafe ve maliyet gibi amaçlardanda feragat etmek gerektiğini göstermektedir. Problem, 20 düğüme kadar etkilibir şekilde çözülmüştür, ancak 20 düğümden sonra belirlenen zaman kısıtı içindeolurlu çözüm bulunamamıştır.

In this study, a bi-objective Green Vehicle Routing Problem (GVRP) is presented as an extension of the well-known Vehicle Routing Problem (VRP). Green Vehicle Routing Problem aims to improve routing decisions of companies using Alternative Fuel Vehicles to reduce carbon emissions. Due to the limited number of Alternative Fuel Stations, alternative fuel vehicles have limited driving distances. Therefore, the routing decisions of alternative fuel vehicles are more critical and difficult. The presented problem herein has two objectives that are the minimization of total carbon emissions and the maximization of service level. While total carbon emission is assumed to be proportional to total distance, cargo delivery time window violations of customers are considered as an indicator of service level. The problem was modeled as Mixed-Integer Linear Programming (MILP) and ε-constraint method, a multi-objective optimization method, is used to solve it. Since this method enumerates all Pareto-optimal solutions of a multi-objective problem, the proposed model presents the best solutions that have different carbon emission and service level values to the decision maker. Our proposed model is tested on six realistically designed hypothetical case studies. Three of the case studies are in the Izmir city while three of the case studies are in the Aegean Region, Turkey. According to the results of this study, the minimization of carbon emission and maximization of service level are two conflicting objectives. As service level increases, the number of vehicles and carbon emissions also increase. As carbon emission increases and time windows violation decreases, more vehicles and alternative fuel stations are used. This shows that increasing service level by decreasing time windows violation requires not only increasing carbon emissions but also increasing total distance and cost. The problem can be solved effectively up to 20 nodes. After 20 nodes, no feasible solution is obtained within the predetermined solution time limit.