Ứng dụng mã nguồn mở giải bài toán vrp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC THĂNG LONG -o0o - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG MÃ NGUỒN MỞ GIẢI BÀI TOÁN VRP SINH VIÊN THỰC HIỆN: LÊ THIÊN HOÀNG MÃ SINH VIÊN: A35314 NGÀNH: LOGISTICS VÀ QUẢN LÝ CHUỖI CUNG ỨNG HÀ NỘI – 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC THĂNG LONG -o0o - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: ỨNG DỤNG MÃ NGUỒN MỞ GIẢI BÀI TOÁN VRP SINH VIÊN THỰC HIỆN: LÊ THIÊN HOÀNG MÃ SINH VIÊN: A35314 NGÀNH: LOGISTICS VÀ QUẢN LÝ CHUỖI CUNG ỨNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS TRẦN ĐÌNH TỒN HÀ NỘI – 2023 Thư viện ĐH Thăng Long LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập rèn luyện, đặc biệt giai đoạn thực tập cuối khóa này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu trường Đại học Thăng Long tất thầy cô trường tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập, tiếp cận nhiều vốn kiến thức hữu ích, giúp em trang bị hành trang trước bước vào môi trường làm việc thức Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS Trần Đình Tồn - giảng viên hướng dẫn em trình thực tập tốt nghiệp, thầy tận tình bảo, hướng dẫn, đưa lời khuyên hướng tốt cho khóa luận tốt nghiệp em Giúp em hồn thành khóa luận cách hồn thiện Một lần em xin chân thành gửi lời cảm ơn thầy Cảm ơn tất người thân, gia đình, bạn bè ln bên cạnh, quan tâm ủng hộ em suốt thời gian qua Trong trình làm đề tài, thời gian thực tập cịn ngắn kinh nghiệm thiếu nên em cố để hồn thiện tốt khóa luận khơng thể khơng tránh khỏi sai sót Mong thầy quan tâm góp ý để khóa luận em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 19 tháng 06 năm 2023 Sinh viên thực Lê Thiên Hoàng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn đề tài “Ứng dụng mã nguồn mở giải toán VRP” cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi thời gian qua Mọi số liệu sử dụng phân tích luận văn kết nghiên cứu tơi tự tìm hiểu, phân tích cách khách quan, trung thực, có nguồn gốc rõ ràng khơng chép, copy người khác, nội dung trích dẫn ghi đầy đủ thông tin nguồn, tuân thủ qui định Luật Bản quyền chưa công bố hình thức Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm có khơng trung thực thơng tin sử dụng cơng trình nghiên cứu Hà Nội, ngày 19 tháng 06 năm 2023 Sinh viên thực Lê Thiên Hoàng Thư viện ĐH Thăng Long DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Bài toán định tuyến phương VRP Vehicle Routing Problem tiện TSP Travelling Salesman Problem Bài toán người bán hàng Vehicle Xe Depot Ga tập kết xe Customer Khách hàng Route Lộ trình Bài tốn VRP với hạn chế CVRP Capacity Vehicle Routing Problem khả chở hàng hóa Vehicle Routing Problem with Time VRPTW Windows VRP với hạn chế thời gian Multi-Depot Vehicle Routing MDVRP Problem VRP với nhiều kho hàng hóa PVRP Periodic Vehicle Routing Problem VRP định kỳ Vehicle Routing Problem with Pickup VRP với khả giao and Delivery nhận hàng đồng thời VRPPD Vehicle Routing Problem with VRP-MO Multiple Objectives VRP đa mục tiêu Vehicle Routing Problem with VRP-GC API Geographical Constraints VRP với ràng buộc địa lý Employee Rostering Bài toán xếp lịch nhân viên Job Scheduling Bài tốn lập lịch cơng việc Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng Giao diện lập trình ứng dụng JPA Java Persistence API Java Persistence GPS Global Positioning System Hệ thống định vị tồn cầu GIS Geographic Information System Hệ thống thơng tin địa lý Distribution Problem Bài tốn phân phối hàng hóa Delivery Scheduling Bài toán lập lịch giao hàng OPL Optimization Programming Language Ngơn ngữ lập trình tối ưu IoT Internet of Things Internet Vạn vật Stops Bảng điểm dừng Name and Address Tên Địa Latitude and Longitude Vĩ độ Kinh độ Service Duration Thời gian phục vụ Start Time Thời gian bắt đầu End Time Thời gian kết thúc Quantity Số lượng Required Skills Kỹ yêu cầu Vehicle Types Loại phương tiện Vehicle Name Tên phương tiện Vehicle ID Mã phương tiện Vĩ độ bắt đầu, Kinh độ bắt Start Latitude, Start Longitude đầu Vĩ độ kết thúc, Kinh độ kết End Latitude, End Longitude thúc Start Time Thời gian bắt đầu End Time Thời gian kết thúc Capacity Sức chứa Speed Multiplier Hệ số tốc độ Cost per km Chi phí km Cost per hour Chi phí Waiting Cost per hour Chi phí chờ Fixed Cost Chi phí cố định Parking Cost Chi phí đỗ xe Skills Kỹ Number of Vehicles Số lượng phương tiện Thư viện ĐH Thăng Long MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN XE 1.1 Bài toán định tuyến xe .4 1.2 Một số dạng tốn VRP 1.2.1 VRP với hạn chế khả chở hàng hóa .6 1.2.2 VRP với hạn chế thời gian 1.2.3 VRP với nhiều kho hàng hóa 12 1.2.4 VRP định kỳ 13 1.2.7 VRP kết hợp chuyến vận chuyển lấy hàng trở .15 1.2.8 VRP với khả giao nhận hàng đồng thời 16 1.3 Phương pháp giải toán VRP .18 1.3.1 Phương pháp giải 18 1.3.2 Phương pháp giải gần 20 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MÃ NGUỒN MỞ 23 2.1 Giới thiệu 23 2.1.1 Mã nguồn mở 23 2.2 Các ứng dụng mã nguồn mở ngành Logistics 29 2.3 Ưu điểm nhược điểm mã nguồn mở .30 CHƯƠNG ỨNG DỤNG PHẦN MỀM OPEN DOOR LOGISTICS VÀO BÀI TOÁN VRP 32 3.1 Tổng quan 32 3.2 Các tính phần mềm Open Door Logistics 32 3.3 Case study 33 3.4 Triển khai toán phần mềm Open Door Logistics 35 3.4.1 Các bước triển khai .35 3.4.2 Phân tích kết tối ưu phần mềm Open Door Logistics .42 3.5 Đánh giá khả ứng dụng Open Door Logistics vào toán VRP .47 3.5.1 Đối với doanh nghiệp 47 3.5.2 Đối với giảng dạy 49 KẾT LUẬN 51 Phụ lục 52 Tài liệu tham khảo .83 DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Hình 1.1 Ví dụ cho tốn Người bán hàng – TSP Hình 1.2 Mơ tốn VRP Hình 1.3 Biểu đồ tuyến đường mơ hình CVRP .7 Hình 1.4 Ví dụ VRP với kho hàng hóa .12 Hình 1.5 Ví dụ VRP với khả giao nhận hàng đồng thời 17 Thư viện ĐH Thăng Long LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Bài tốn lập lịch vận chuyển (Vehicle Routing Problem - VRP) toán quan trọng lĩnh vực quản lý chuỗi cung ứng vận tải Mục tiêu tốn VRP tìm cách phân chia lập lịch tuyến đường vận chuyển để đáp ứng yêu cầu giao hàng cho số lượng khách hàng, đảm bảo chi phí thấp VRP tốn NP-khó u cầu tính tốn phức tạp để tìm lời giải tối ưu Mã nguồn mở (Open source) dạng phần mềm miễn phí, phát triển bảo trì cộng đồng người dùng, cho phép người sử dụng, chỉnh sửa phân phối lại Trong năm gần đây, mã nguồn mở trở thành phương tiện quan trọng giải toán VRP Mã nguồn mở mang lại linh hoạt, khả tùy chỉnh chi phí thấp, điều giúp cho nhà nghiên cứu nhà phát triển tìm kiếm lời giải tối ưu cho toán VRP cách dễ dàng Một số công cụ mã nguồn mở phổ biến sử dụng để giải toán VRP bao gồm: OpenVRP, Pyomo, Jsprit Những công cụ mang lại linh hoạt khả tùy chỉnh cho người dùng, cho phép họ chọn sử dụng phương pháp tốt cho nhu cầu So sánh với phương pháp khác, mã nguồn mở mang lại nhiều ưu điểm Phần mềm thương mại tốn không đáp ứng yêu cầu tùy chỉnh ứng dụng cụ thể Trong đó, mã nguồn mở cho phép nhà phát triển người dùng tùy chỉnh theo nhu cầu mình, mở rộng phát triển phần mềm theo hướng tốt cho ứng dụng cụ thể Các thành phần công cụ mã nguồn mở VRP thường bao gồm thuật toán lập lịch, hàm mục tiêu, cách thức giải ràng buộc giao diện người dùng Các thuật toán lập lịch sử dụng để xác định tuyến đường vận chuyển tối ưu đáp ứng yêu cầu giao hàng khách hàng Các hàm mục tiêu sử dụng để đánh giá tính tối ưu lời giải đưa định tối ưu Cách thức giải ràng buộc giúp đảm bảo giải pháp hợp lệ thỏa mãn ràng buộc thời gian, khoảng cách số lượng xe tối đa sử dụng Giao diện người dùng thiết kế để giúp người dùng tạo kịch VRP, nhập liệu hiển thị kết cách trực quan Các công cụ VRP mã nguồn mở áp dụng rộng rãi ứng dụng thực tế, bao gồm quản lý vận tải, quản lý chuỗi cung ứng, bán lẻ dịch vụ giao hàng Các công cụ giúp nhiều doanh nghiệp tổ chức tiết kiệm chi phí tăng hiệu q trình vận chuyển giao nhận hàng hóa Tuy nhiên, việc sử dụng công cụ VRP mã nguồn mở đặt số thách thức Các công cụ thường cần kiến thức chuyên môn quản lý chuỗi cung ứng lập lịch, đòi hỏi người dùng phải có khả tùy chỉnh cấu hình phần mềm Ngồi ra, việc chọn lựa cơng cụ VRP phù hợp thách thức, có nhiều cơng cụ khác với tính chức khác Tóm lại, tìm hiểu khả ứng dụng mã nguồn mở vào toán VRP cần thiết quan trọng Các công cụ VRP mã nguồn mở đem lại nhiều lợi ích cho người dùng, bao gồm tính linh hoạt, khả tùy chỉnh chi phí thấp Tuy nhiên, đề cập, việc sử dụng công cụ VRP mã nguồn mở đặt số thách thức yêu cầu người dùng phải có kiến thức chun mơn để tùy chỉnh cấu hình phần mềm Do đó, việc đào tạo phát triển kỹ cho người sử dụng quan trọng Ngoài ra, cần lưu ý công cụ VRP mã nguồn mở khơng phải giải pháp cho tốn VRP Có nhiều cơng cụ thương mại chun dụng sử dụng ứng dụng thực tế, phù hợp số trường hợp cụ thể Do đó, việc lựa chọn cơng cụ phù hợp yếu tố quan trọng việc ứng dụng mã nguồn mở vào toán VRP Cuối cùng, việc phát triển công cụ VRP mã nguồn mở lĩnh vực quan tâm nghiên cứu rộng rãi, với nhiều ấn tượng đáng kể việc tăng tính linh hoạt hiệu giải pháp VRP Việc đóng góp vào cộng đồng phát triển công cụ VRP mã nguồn mở cách để đóng góp cho phát triển lĩnh vực Mục tiêu nghiên cứu • Tổng quan phương pháp giải tốn Vehicle Routing Problem (VRP) • Phân tích so sánh khả ứng dụng mã nguồn mở vào toán VRP Thư viện ĐH Thăng Long P Xốm, Phú Lâm, Hà Stop147 D Đông, Hà Nội, Việt Nam Vũ Thị Uyên 20,94789136 105,7578024 00:09:00 09:30:00 18:00:00 78 20,99334866 105,7133279 00:07:00 09:30:00 18:00:00 86 21,07469566 105,6516813 00:06:00 09:00:00 18:00:00 85 20,98871593 107,009316 00:05:00 08:00:00 17:00:00 96 Khu đô thị Nam An Nguyễn Stop148 D Vượng Văn Khánh, Hoài Đức, Hà Nội, Việt Nam Ngõ 48, Đồng Tháp, Đan Phượng, Hà Nội, Stop149 D Lê Thị Yến Việt Nam X2Q5+FP3, Đội Cấn, Giếng Đáy, Thành phố Hạ Long, Quảng Ninh, Stop150 D Trần Thị Anh Việt Nam 69 Bảng VehicleTypes cost start- - waiting speed- cost- per- -cost- fixe vehicle vehicle start- longitud end- longitud start- end- capacit multiplie per- hou per- d parking skill -name -id latitude e latitude e time time y r km r hour cost -cost s Dep1- Dep1- 20,9672 107,077 21,1164 106,467 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 0 5000 0,5 100 Dep2- Dep2- 21,0397 106,580 20,7575 106,487 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 0 0,5 100 Dep3- Dep3- 21,4796 106,126 21,6992 106,663 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 0 0,5 100 Dep4- Dep4- 22,1760 104,354 104,548 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 21,561 0 0,5 100 Dep5- Dep5- 105,413 18,0320 105,857 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 4 0 0,5 100 19,304 end- 0,00 0,00 5000 5000 5000 5000 0,00 0,00 0,00 70 Thư viện ĐH Thăng Long II - Báo cáo tổng quan kết tối ưu Link PDF: Khóa luận tốt nghiệp.pdf 71 72 Thư viện ĐH Thăng Long 73 74 Thư viện ĐH Thăng Long 75 76 Thư viện ĐH Thăng Long 77 78 Thư viện ĐH Thăng Long III - Kết tối ưu toán bao gồm bảng: View solution details View route details (Có thể xem link này) Bảng View Solution details time use capa pick - delive ed- wind red- up- ow- d- unassi assig city- has- rou gned- ned- viola viola deliv quant qua pick tes stops stops tion tion eries ity ntity ups time viola trave trave travel- waiting- tion l-cost l-km time time 2d 1276 150 0 150 0 79 2d 19:04:0 00:0 59,4 6622 04:50:3 00:02:2 0.415 0:00 8559 ,068 6.957 3.458 Bảng View Route details s ti t o ve hi s me pic p ca s- pa cl ve k spe c e- hi i ed- o sta s- na cl l mu u rt- m e- l ltip n ti e id s lier t D D ep ep 2- 2- Ve Ve h- h- 2 D D ep ep 2- 2- Ve Ve h- h- 3 D D ep ep 3- 3- Ve Ve h- h- 2 D D ep ep 3- 3- Ve Ve h- h- 3 D D en ke d- d- pic deli ti up ku sta - rt- wi sta ti nd cit deli ver me - ps rt- me ow tra ca y- veri ed- - qu - qu - - vel tra vio pa vio es- qua wi an co an wi vio - vel trave waiti end- lati cit lati cou ntit nd tit un tit nd lati cos - l- ng- me time on y on nt y ow y t y ow time on t km time time 08: 16:14 08: 07:44 00: 52 74 05:48 30: :42.2 18 30: :42.2 00: 31 0,5 :42.2 00:00 00 25 10 00 25 00 88 25 :00 7,2 75 08: 17:56 08: 09:26 00: 36 1,3 06:29 30: :05.9 23 30: :05.9 00: 38 83 :05.9 00:00 00 92 70 00 92 00 92 :00 5,6 61 08: 16:01 08: 07:31 00: 48 2,7 05:02 30: :08.6 21 30: :08.6 00: 48 43 :08.6 00:00 00 77 00 00 77 00 77 :00 8,6 92 08: 17:38 08: 09:08 00: 91 4,5 07:44 00:02 30: :13.9 14 30: :13.9 00: 78 02 :50.4 :23.4 00 44 00 08: 17:39 50 6,5 2 18: 50 00 21 181 00: 00 0 18: 50 00 28 237 00: 00 0 18: 50 00 25 210 00: 00 0 18: 50 145 00: 17 00 0 57 00 44 00 86 58 13 108 18: 0 10 08: 09:09 00: 9,0 10 08:02 00:00 80 Thư viện ĐH Thăng Long ep ep 4- 4- Ve Ve h- h- 2 D D ep ep 4- 4- Ve Ve h- h- 3 D D ep ep 5- 5- Ve Ve h- h- 2 D D ep ep 5- 5- Ve Ve h- h- 3 2 30: :43.0 00 55 08: 17:44 30: :32.9 00 01 08: 15:22 30: :30.7 00 73 08: 16:27 30: :02.8 00 50 00 00: 84 00 00 23 193 00: 00 0 00 13 119 00: 00 0 00 00: 10 811 00 81 0 99 54, :43.0 00 72 43 55 :00 8,0 91 00: 08 6,4 07:05 19 30: :32.9 00: 91 45 :32.9 00:00 37 00 01 00 01 :00 6,2 69 08: 06:52 00: 19 4,2 05:31 11 30: :30.7 00: 44 26 :30.7 00:00 94 00 73 00 73 :00 18: 50 00: 55 09:14 18: 50 :43.0 00 08: 18: 50 30: 08: 07:57 00: 8,0 92 07:06 81 30: :02.8 00: 28 7,7 :02.8 00:00 00 50 00 54 48 50 :00 IV - Bảng VehicleTypes với Speed Multiplier cost start- - waiting speed- cost- per- -cost- fixe vehicle vehicle start- longitud end- longitud start- end- capacit multiplie per- hou per- d parking skill -name -id latitude e latitude e time time y r km r hour cost -cost s Dep1- Dep1- 20,9672 107,077 21,1164 106,467 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 0 5000 1 0,5 100 Dep2- Dep2- 21,0397 106,580 20,7575 106,487 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 0 5000 1 0,5 100 Dep3- Dep3- 21,4796 106,126 21,6992 106,663 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 0 0,5 100 Dep4- Dep4- 22,1760 104,354 104,548 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 21,561 0 0,5 100 Dep5- Dep5- 105,413 18,0320 105,857 08:30:0 18:00:0 Veh Veh 4 0 0,5 100 19,304 end- 0,00 0,00 0,00 5000 5000 5000 1 0,00 0,00 82 Thư viện ĐH Thăng Long Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt [1] Hoàng Xuân Huấn, Đỗ Đức Đơng (2012), Giáo trình Tối ưu hóa – Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Tài liệu tiếng Anh [1] Haifei Zhang, Hongwei Ge, Jinlong Yang, Yubing Tong (2021), Review of Vehicle Routing Problem: models, classification and solving algorithms, CIMNE, Barcelona, Spain [2] Marek Karkula, Jerzy Duda, Iwona Skalna (2019), Comparison of capabilities of recent open – source tools for solving capacitated vehicle routing problems with time windows, AGH University of Science and Technology, Cracow, Poland, Eu Một số trang web tham khảo https://www.opendoorlogistics.com/ Open source vehicle route planning & scheduling - YouTube 83