Practical Assignment Optimization:

Waste Collection

van x naar u

Kevin van Blokland, MSc

13 november 2014

Practical assignment: AVR - Van Gansewinkel

Offers integral waste services and reliable environmental solutions for 8

European countries

Specialized in collecting, transferring, recycling and processing waste

Copyright CQM B.V.

Practical assignment in a nutshell

Given the following inputs:

A list of orders of waste collection points

A distance matrix between waste collection points

A number of waste collection vehicles

A waste disposal location

Create the following plan:

Create a weekly schedule for each vehicle such that as much orders as possible

are fulfilled and the total use time of the waste collection vehicles is minimized

Copyright CQM B.V.

Orders AVR – Van Gansewinkel

AVR – Van Gansewinkel has various subscription types for sale for the

collection of waste:

Fixed schedule for customers

- Frequency varies from five times per week to once every 12 weeks. For this

assignment the frequency varies from one to five times per week.

One ore more containers with a volume of 140 to 5000 liters

Copyright CQM B.V.

Valid frequencies for waste collection

When a customer subscribes for example for garbage collection twice per week,

the two collection times should be more or less evenly spread over the week

Table below shows valid waste collection patterns:

Copyright CQM B.V.

Indication Frequency Valid patterns

1PWK Once per week mo, tu, we, th, fr

2PWK Twice per week mo_th, tu_fr

3PWK Three times per week mo_we_fr

4PWK Four times per week mo_tu_we_th, mo_tu_we_fr,

mo_tu_th_fr, mo_we_th_fr,

tu_we_th_fr

5PWK Five times per week mo_tu_we_th_fr

Fleet AVR – Van Gansewinkel

2 vehicles

Both vehicles available on Monday to Friday from 6:00h until 18:00h

Outside the times above the vehicles have to be empty and be present at the

waste disposal location

The capacity per vehicle is 20.000 liters

The volume of waste is reduced by a factor five when it is collected (a container

of 1000 liters corresponds with a volume of 200 liter in the garbage collection

vehicle)

- Containers usually are not completely filled

- Waste is thickened by compressing it

Copyright CQM B.V.

Disposal of waste

Collected waste has to be taken to the waste processor which is located

at the waste disposal location

Disposal of waste always takes 30 minutes

It is allowed to dispose waste more than once per day

The two vehicles may dispose waste at the same time

When waste is disposed at the end of the day, the waste disposal has to

be finished before 18:00h

Copyright CQM B.V.

Objective of the assignment

Make routes whereby for each customer the waste is collected with the agreed

frequency

The total use time of the vehicles has to be minimized.

The total use time is the sum of:

- Time of emptying containers

- Total travel time

- Time of disposing waste

Orders have to be planned completely or not be planned:

- Not planning an order yields a penalty of 3 times the total emptying time. The total

emptying time is defined as the single emptying time multiplied by the number of

times an order has to be collected.

Copyright CQM B.V.

Datasets

Orderbestand.txt

AfstandenMatrix.txt

Copyright CQM B.V.

Order Unique number for the order

Plaats Location

Frequentie Collection frequency of the order

AantContainers Number of containers that have to be collected each time. All containers

have the same type (volume)

VolumePerContainer Volume per container at the customer

LedigingsDuurMinuten Emptying time of this order (all containers together)

MatrixID Reference to the distance matrix

Xcoordinaat X coordinate of this order

Ycoordinaat Y coordinate of this order

MatrixID1 Reference of the from location

MatrixID2 Reference of the to location

Afstand Distance from the “from location” to the “to location” in meters

Rijtijd Travel time from the “from location” to the “to location” in seconds

Solution format

A route is a per vehicle (1 and 2) per day (1 through 5) ordered list of orders that

are collected after each other. The route also contains one or more waste

disposal moments.

Format file:

Copyright CQM B.V.

Vehicle; Day; Sequence number; Order

Vehicle {1, 2}

Day {1, …, 5} (1=mo, 2=tu, 3=we, 4=th, 5=fr)

Sequence number {1, 2, … } Sequence number from which the sequence of the route per vehicle

per day can be deduced. The sequence may start per vehicle each day at 1.

Order Order from Orderbestand.txt. When the vehicle goes to dispose waste, this

should be indicated with order number 0.

Waste disposal location

AVR – Van Gansewinkel Oost Brabant

Den Engelsman 4

Maarheeze

MatrixID = 287

Copyright CQM B.V.

Omitted conditions

In the project CQM executed for AVR – Van Gansewinkel the following conditions

also had to be taken into account:

Continuity for the customer (collect garbage at the approximately the same time

each day)

Continuity for the driver (each day more or less the same addresses, whereby

some addresses are deleted or added)

Additional frequencies for orders

Different waste disposal locations with various disposal time and costs

Fuel costs

Vehicles are not homogeneous

Copyright CQM B.V.

Results project

Saving in costs

Saving in kilometers

Saving in planning time

- At first a full time planner was required for about 3 to 4 months,

this has been reduced to approximately one month

More insight in the effects of new customers

Copyright CQM B.V.

Informatie over CQM

van x naar u

CQM

Ons bureau

Opgericht in 1979 als stafafdeling van Philips Electronics

Sinds 1993 eigendom van management en medewerkers

Ruim 30 consultants

Gevestigd in Eindhoven

Focus gebieden

Inrichten en aansturen van logistieke netwerken

Verbeteren van logistieke processen

Operationele planningsoplossingen in transport, productie en supply chain

Innovatie van product- en procesontwikkeling

Onze kracht

Hoogwaardige kennis: statistiek, operations research, informatietechnologie

Werken vanuit brede ervaring: 30 jaar, 300 klanten, 3000 projecten

Betrokken zijn: iedere klant en iedere situatie vraagt om een eigen aanpak

Mensgericht zijn: alleen nauwe samenwerking schept duurzame oplossingen

15

Copyright CQM B.V.

Visie, missie en werkwijze

Copyright CQM B.V.

Missie

Werkwijze

Een wereld waarin besluitvorming steeds complexer wordt door een toename

van de tijdsdruk, de beschikbare hoeveelheid informatie en de mogelijke

risico’s.

We bieden inzicht, structuur en oplossingen, bij beslissings-problemen,

planningsvraagstukken en bij het verbeteren van processen.

Fact based, met analytische technieken en wiskundige modellen.

We gebruiken client centered solution engineering om in korte cycli samen

met de klant tot de beste oplossing te komen. Met innovatieve optimalisatie

technologie en state-of-the-art analyse- en modelleringstools.

Visie

CQM’s values Commitment

Passion

Personal development

Working together

Creativity Results

Referenties

Copyright CQM B.V.

Referenties

Copyright CQM B.V.

Werkgebieden

Copyright CQM B.V.

Product- en procesontwerp

Planning Netwerkontwerp en -analyse

Procesverbetering

Design voor Six Sigma

Transport, onderhoud, supply chain Logistieke en verkeersnetwerken

Six Sigma

PlanIT – Den Hartogh Logistics

Transportplanning

Copyright CQM B.V.

Significante verbetering marge

Geoptimaliseerde intermodale ritplanning

Geintegreerde planning (geografisch)

Groter bereik per planner

Operationele meerdaagse transportplanning liquid bulk

Intermodal (weg, trein, boot)

ADR, cleaning, green/black lists, rijtijdenbesluit

Rapid prototyping & data analyse

Ontwerpen optimalisatiemodel

Software implementatie

Support implementatie in organisatie

Vraagstelling

Aanpak Resultaat

Transport

planning

Optimalisatie verlichting - Philips

Copyright CQM B.V.

Keuze en afstelling van armaturen in een stadion

Hoeveelheid licht maximaliseren:

Licht gelijkmatig verdelen

Niet verblinden van spelers

Vertaling naar wiskundig model

Fysische kennis bij klant

Optimalisatie- kennis bij CQM

Vraagstelling

Aanpak Resultaat

Ontwerp

optima-

lisatie

Procesverbetering - 6sigma

Copyright CQM B.V.

Vergrote efficiency van uw processen

Duidelijkheid over kritische mechanismen en parameters

Beter beheerste processen

Opgeleide green & black belts

Doorlooptijden te hoog

Kwaliteitsnormen worden niet gehaald

Yields zijn te laag

Logistieke kosten te hoog

…..

Focus op resultaat

Bewustwording

Training

Coaching in projecten

Vraagstelling

Aanpak Resultaat

Proces

verbetering

Ontwerp van logistieke netwerken

Copyright CQM B.V.

Voor groot aantal klanten is op deze wijze

de ideale inrichting van de distributieketen

bepaald.

Ontwerp en verbetering van het

logistieke netwerk m.b.t.

Magazijnlocaties, Productiekeuzes

Leveringsconcepten

Rekening houdend met:

Transport-, magazijn- en voorraadkosten

Leverbetrouwbaarheidseisen

Innovatieve planningslogica ontwikkeld ism TU/e

Interactieve planningssoftware geïmplementeerd

Nieuw planningsproces ontwikkeld en geïntroduceerd

Vraagstelling

Aanpak Resultaat

Supply

Chain

planning

Inzetplanning videoschouwtrein

Copyright CQM B.V.

Total inzetduur in het Twijgra gebied verkort met ruim 50% (operationeel vanaf april 2010)

Nieuwe inzetplannen voor heel Nederland (operationeel vanaf december 2010)

Tooling voor het automatisch en handmatig genereren en visualiseren van inzetplannen

Elk wissel in Nederland moet eens in de 2, 4 of 13 weken geschouwd worden

De videoschouwtrein (VST) is een vervanging van de loopschouw

Hoe kunnen efficiënte inzetplannen voor de VST gegenereerd worden?

Interviews over plankarakteristieken en analyse van de beschikbare data

Ontwikkeling tooling voor genereren en visualiseren van inzetplannen

Afstemmen van plannen met ProRail en NS Bureau Lokale Planning

Vraagstelling

Aanpak Resultaat

Planning

onderhoud

Warmtebedrijf Rotterdam

Warmtebedrijf Rotterdam brengt warmte die

over is bij industriële processen in de haven,

via een efficiënt leidingennetwerk tot in de stad.

Warmte van vuilverbrander AVR

Warmte wordt gebruikt voor de verwarming van

woningen in de Rotterdamse wijken Hoogvliet,

Charlois, en door het Maasstad Ziekenhuis

In dienst sinds 1 oktober 2013!

Copyright CQM B.V.

Bron: Warmtebedrijf Rotterdam

Netwerk van transportleidingen

Copyright CQM B.V.

Bron: Warmtebedrijf Rotterdam

Vraagstelling

Ondersteuning nodig bij

- Optimalisatie

- Reconciliatie (afrekening met EON)

- Analyse

voor de dispatching van DNWW

Dispatching: productieplan

- Op welke momenten warmte maken?

- Warmtebufferstrategie

Ondersteuning in de vorm van een tool

In AIMMS

Copyright CQM B.V.

Bron: Warmtebedrijf Rotterdam

BiedOptimaal

Copyright CQM B.V.

How growers become energy suppliers. How does that work?

Copyright CQM B.V.

The growers perspective

The choices the grower can take

- Produce heat upfront and store it in a buffer

- Produce heat just in time

- Use boiler to produce heat

- Use CHP to produce heat and electricity

Heat and C02 for own usage, but electricity can be sold

What is needed for the 10 o’clock decision?

- Make a production plan for tomorrow and

sell at the electricity today before 10am.

- Based on

- Current situation

- Plan for today

- Forecasts for future heat, power consumption

- Forecasts for future gas and electricity prices

Optimization to make the ultimate bid at the energy market

Copyright CQM B.V.

Databronnen

‘Intern’

Installatie(groep) kenmerken (e.g., min/max capaciteit en warmte-efficiëntie)

Onderhoudsperiodes per installatie per tijdseenheid

Historische waarden status (aan/uit op) per tijdstip

Historische waarden bufferstand per tijdstip

Historische waarden per installatiegroep per tijdseenheid (warmte en CO2)

‘Extern’

Historische prijsinformatie per tijdseenheid (APX en TTF)

Weersvoorspellingen per regio per tijdseenheid (temperatuur, zonnestraling,

windrichting, windkracht, luchtvochtigheid)

Copyright CQM B.V.

Forecast heat and CO2 demand based on weather forecasts

There are physical models of greenhouse

- Type of glass / size of area / ..

- To difficult to use in practice

A need for a generic model based on historic data

Data science inside

A regression model (least square)

- Something like:

a * time of the day + b * expected temp - c * humidity + d * wind direction * force ….

Data science in practice

What does reliability look like in practice?

- No more than 10% off implies a recovery within 3 hours (running maximum on boiler)

- Is the total volume per day estimate not too much? Can it be recovered

- Re-fit the model when circumstances change: Other type of vegetable

Reliability

- Tested in practice (pilot phase)

- Compared with the complex physical model

Copyright CQM B.V.

Optimization to make ultimate bid at the energy market

Data science inside

Optimization with constraints

- Heat demand

- Multiple CHP’s and boilers with different efficiencies

- Buffer capacity and heat loss

- Different pricing during the day

- Costs associated with starting the machines

- Not too much on/off switches

Produce against the lowest possible cost

Integer Linear Programming

- Min ∑ a * x

s.t. ∑ x_pt = d_t

∑… <=…

Data science in practice

Validate the model by validating its output

- Alignment of calculation rules is not enough.

- New constraints appear when discussing the output

Copyright CQM B.V.

MIP model, optimaliseren onder randvoorwaarden

Solver die in BiedOptimaal gebruikt wordt, is een MIP model (mixed integer

programming)

Een dergelijk wiskundig model is typisch opgebouwd uit

- Beslisvariabelen: Welke dingen wil je dat de solver voor je beslist?

- Randvoorwaarden: Aan welke restricties moet de solver zich houden?

- Doelfunctie: Wat dient er gemaximaliseerd / geminimaliseerd te worden?

We formuleren een wiskundig model dat de werkelijkheid zo goed mogelijk

benadert

Vervolgens voeden we dit model aan een solver (COIN), die de optimale

oplossing bepaalt (economisch optimale inzet / bieding)

Copyright CQM B.V.

Plan.cqm.nl: Een eigen Google Maps

Gebruik als service voor ontwikkelaars

Heel snel zeer grote afstanden matrices berekenen

Snel en foutloos geocoderen van adressen

Copyright CQM B.V.

Intermodale routeplanner

Eigen gemaakte tool voor verschillende logistieke partners

CQM neemt deel aan een Europees project voor het ontwikkelen van een

intermodale standaard. http://www.intermodalrouteplanner.com/planner

Copyright CQM B.V.

Nacht van Eindhoven

Competitie tussen Universiteiten, georganiseerd door CQM

https://www.facebook.com/nachtvaneindhoven

Team van Universiteit Utrecht won editie 2014

Tom Bannink, Jan Willem Buurlage en Abe Wits

Copyright CQM B.V.