Lojistik, küreselleşen dünya ve artan rekabet koşulları ile hayatın bir parçası haline gelmiştir.
Babacan (2003) makalesinde dünyadaki ülkelerin lojistik harcamalarının gayri safi milli hasılanın (GSMH) %1,5 - %2’si olarak tahmin edildiğini söylemiştir. Chopra ve Meindl (2009) Amerika Birleşik Devletleri’nde lojistik maliyetlerin, ülke ekonomisinin yaklaşık
%10,5’ini, üretim maliyetlerinin ise %20’sini oluşturduğunu vurgulamıştır. Erkan (2014) ise 2010-2014 yıllarında Türkiye’de ulaştırma ve lojistik sektörünün %12 oranında büyüdüğünü belirtmiştir. Ülke ekonomilerinde önemli yer tutan, hızlı büyüyen ve yoğun rekabetin olduğu lojistik sektöründe firmaların varlıklarını devam ettirebilmeleri için maliyetlerini olabildiğince düşük tutmaları gerekmektedir. Bu nedenle firmalar, üretim maliyetlerinin yanı sıra depolama ve lojistik maliyetlerini de düşürmeye çalışmaktadırlar. Günlük hayatta hem özel sektörde hem de kamuda sıklıkla karşılaşılan lojistik problemlere örnek olarak çöp toplama, posta hizmeti ve fabrikalardan satış noktalarına ürün dağıtımı verilebilir.
Lojistik, tedarik zinciri sürecinde müşterinin ihtiyaçlarını karşılama amacıyla ürünlerin, hizmetlerin, ilgili bilginin ileri ve geri yönde akışının ve depolanmasının planlanması olarak tanımlanabilir. Lojistik hizmetlerin maliyetleri enazlanırken istenilen servis seviyesinin de sağlanması gerekmektedir. Fleischmann (2001), geleneksel tedarik zincirlerinde lojistik ağ tasarımının stratejik öneme sahip bir konu olarak ele alındığını ve üretim tesislerinin yerlerinin belirlenmesinin, depolama sistemlerinin ve taşıma şeklinin tedarik zincirinin performans belirleyicileri olduğunu vurgulamaktadır. Ayrıca, uygun bir lojistik ağ tasarımının tedarik zincirinin ekonomik uygulanabilirliği üzerinde önemli bir etkisi olduğunu belirtmektedir. Cuda, Guastaroba ve Speranza (2015) lojistik ağ tasarımında stratejik planlama ve taktik planlama olmak üzere iki temel alanda karar verildiğini ifade etmektedir. Firmaların uzun vadeli organizasyon kararları stratejik planlama kararları kapsamındadır. Açılacak depoların yerlerinin ve sayısının belirlenmesi lojistik ağ tasarımının bileşenleridir ve stratejik kararlar arasında yer alır. Orta vadeli kararlar ise taktik planlama kararları olarak adlandırılır. Müşteri taleplerini müşterilere ulaştırmak için kullanılacak rotaların belirlenmesi bu kararlara örnek verilebilir.
Lojistik problemlerde müşteri ihtiyaçları depolardan veya üretim tesislerinden müşterilere bir araç filosu ile ulaştırılır. Araç filosu ile müşteri taleplerinin dağıtımında firmalar iki temel
dağıtım stratejisinden faydalanır. Bu stratejiler, doğrudan sevkiyat ve çok aşamalı sevkiyat stratejileridir. Doğrudan sevkiyatta depolardan veya üretim tesislerinden alınan müşteri talepleri doğrudan müşteriye teslim edilir. Bu dağıtım stratejisinin kullanılması müşteri talebi araç kapasitesine yakın olduğunda uygundur. Çok aşamalı sevkiyatta ise depolardan veya üretim tesislerinden araçlara yüklenen müşteri talepleri ara noktalarda bulunan tesislerde boşaltılarak farklı araçlara yüklenir. Genellikle şehir lojistiğinde uygulanan bu sistemde müşteri talepleri araç kapasitesinin altındadır ve dağıtım rotalar üzerinden gerçekleştirilir. Market zincirlerinin ürün dağıtımı, gazete dağıtımı, kargo taşımacılığı çok aşamalı sevkiyatın uygulandığı sistemlere örnek verilebilir.
Dağıtım merkezlerinin, depoların ve aktarma noktalarının kurulum maliyetlerinin yüksek olması ve kurulan bu tesislerin uzun yıllar boyunca kullanılmak istenmesi sebebiyle bu tesislerin yer seçimi maliyet etkin lojistik ağı tasarımında oldukça önemlidir. Tesis Yer Seçimi Problemi (TYSP) olarak adlandırılan problemde amaç, müşteri taleplerini enaz maliyetle karşılayacak şekilde tesislerin yerini seçmek ve müşterileri hizmet alacağı tesislere atamaktır. TYSP’de müşterilerin doğrudan tesislerden hizmet aldığı varsayılmaktadır. Bu varsayım müşteri talepleri araç kapasitesine eşit olduğunda geçerlidir. Uygulamada ise müşteri taleplerinin araç kapasitesinden az olduğu durumlarla sıklıkla karşılaşılır. Böyle durumlarda toplam maliyeti enazlamak için bir araç filosu ile bir depodan başlayıp, yine depoda tamamlanan rotalar üzerinde birden fazla müşteriye hizmet verilir. Literatürde Araç Rotalama Problemi (ARP) olarak bilinen bu probleme örnek olarak toptancılardan perakendecilere ürün gönderimi verilebilir.
Son yıllarda toplumun çevresel farkındalığının artmasıyla ve devlet tarafından geri dönüşüm konusunda yaptırımların uygulanmaya başlamasıyla firmalar, ömrünü tamamlamış ve doğaya bırakıldığında çevreye zararlı olabilecek ürünleri müşterilerden toplamaya başlamışlardır. Bir diğer anlatımla firmalarda tersine lojistik uygulamaları ortaya çıkmıştır.
Firmalar kullanılmış ürünlerin geri kazanılmasından en yüksek faydayı sağlamak için dağıtım faaliyetleriyle eş-zamanlı olarak toplama faaliyetlerini de sürdürmeye başlamışlardır. Bu problem klasik ARP’nin genelleştirilmiş hali olup Toplamalı Araç Rotalama Problemi (TARP) olarak adlandırılır. İçecek firmalarının depozitolu şişeleri toplaması, marketlere taşınan ürünlerin palet ve ambalaj malzemelerinin toplanması tersine lojistik faaliyetlerine örnek verilebilir. Bir müşterinin sadece dağıtım veya sadece toplama talebi olabildiği gibi her iki talebi de olabilir. Hem dağıtım hem de toplama talebi olan
müşterilere eş zamanlı olarak hizmet verildiği problem, literatürde Eş-zamanlı Topla Dağıt Araç Rotalama Problemi (ETDARP) olarak bilinmektedir.
Toth ve Vigo (2002), dağıtım sistemlerinde bilgisayar destekli yöntemler ile taşıma maliyetlerinde %5 ile %20 arasında azalma sağlanabildiğini belirtmişlerdir. Son yıllarda teknolojinin gelişmesiyle bilgisayarların hesaplama kabiliyetinin artmasına paralel olarak yöneylem araştırması alanında dağıtım ağlarındaki problemler daha kapsamlı olarak incelenmeye başlanmıştır. Bu sayede müşteri taleplerinin araç kapasitesinden küçük olduğu durumlarda tesis yer seçimi yapılırken müşterilere hizmet verilecek rotalar da birlikte ele alınabilmiş ve daha düşük maliyetli dağıtım ağları tasarlanabilmiştir. Dayanıksız tüketim ürünlerinin taşınması, askeri ekipman lojistiği gibi durumlarda yer seçimi ve rotalama eş zamanlı yapılmaktadır. Bu problemde iki önemli karar eş zamanlı olarak verilmekte olup, Yer Seçimi ve Araç Rotalama Problemi (YS-ARP) olarak adlandırılır.
Günümüzde şehirlerdeki nüfus yoğunluğunun artmasına bağlı olarak şehir içindeki lojistik ihtiyaçlar da artmıştır. Bu duruma bağlı olarak ortaya çıkan şehir lojistiği kavramı şehir içindeki yük akışları ile ilgili problemlere çözüm arar. Şehir içindeki müşteri taleplerini karşılamak ve trafiğin kontrol altında tutulması için lojistik problemler çok aşamalı olarak incelenmeye başlanmıştır. Tesis sayılarının ve yerlerinin belirlenmesi, rotaların oluşturulması problemleri çok aşamalı olarak ele alındığında daha düşük maliyetli dağıtım ağı tasarımları yapılabilmektedir. Şehir lojistiği kavramı ile birlikte dağıtım problemleri iki aşamalı olarak incelenmeye başlamıştır. Çok modlu taşımacılık, posta paketi taşımacılığı, süt toplama ve fabrikadan perakendecilere malzemelerinin dağıtımı, gazete dağıtımı iki aşamalı yer seçimi ve rotalama problemi (2A/YS-ARP) kapsamı altında incelenebilir.
Bu tezde, 2A/YS-ARP’nin genelleştirilmiş bir hali olan iki aşamalı yer seçimi ve eş-zamanlı topla dağıt araç rotalama problemi (2A/YS-ETDARP) ilk defa bu tez kapsamında ele alınmıştır. Market zincirlerinin ürünlerinin dağıtımı ve marketlerden paketleme malzemelerinin veya iadesi olacak ürünlerin toplanması, depozitolu içeceklerin dağıtımı bu probleme verilebilecek örneklerdir. İlk defa bu tez kapsamında ele alınan 2A/YS-ETDARP’nin çözümü için öncelikle düğüm tabanlı bir matematiksel model geliştirilmiştir.
Bu matematiksel model, ara depoların kapasitesi ile aşamalardaki toplama ve dağıtım faaliyetlerine göre problemin üç farklı versiyonu için uyarlanmıştır. Matematiksel model ile daha iyi alt sınırlar elde edebilmek için geçerli eşitsizliklerden faydalanılmıştır.
2A/YS-ETDARP, NP-Zor problem sınıfındadır. Bu nedenle, küçük ve orta boyutlu problemlere eniyi çözümü elde etmek için Dal-Kesme algoritmasına dayalı bir kesin çözüm algoritması ve büyük boyutlu problemlere makul süreler içerisinde kaliteli çözüm bulmak için bir sezgisel algoritma geliştirilmiştir. Sezgisel algoritma, İteratif Yerel Arama ve Değişken Komşu Arama algoritmalarına dayalı bir karma sezgisel algoritmadır ve İYA_DKA olarak adlandırılmıştır. Ayrıca, Dal-Kesme algoritmasının performansını arttırmak amacıyla da sezgisel algoritmalardan yararlanılmıştır. Dal-Kesme algoritmasına başlangıç çözümünü elde etmek için İYA_DKA, algoritmanın dallarında elde edilen tamsayılı çözümü iyileştirmek amacıyla da DKA kullanılmıştır.
Bu tez çalışması altı bölümden oluşmaktadır. Tezin diğer bölümleri şu şekilde düzenlenmiştir.
İkinci bölümde, ilgilenilen problem ve ilişkili olduğu problemlerle ilgili tanımlamalar yapıldıktan sonra bu problemlerin literatür taramalarına yer verilmiştir.
Üçüncü bölümde, 2A/YS-ETDARP ve versiyonları için geliştirilen matematiksel modeller verilmiş, sonrasında matematiksel modelin kuvvetlendirilmesi için kullanılan geçerli eşitsizlikler tanımlanmış ve bu eşitsizliklerin etkilerinin incelenmesi için yapılan deneysel çalışma sunulmuştur.
Dördüncü bölümde, probleme çözüm üretmek için geliştirilen İYA_DKA algoritması anlatılmış ve algoritmanın performansı incelenmiştir.
Beşinci bölümde, probleme kesin çözüm bulmak için geliştirilen Dal-Kesme algoritması anlatılmış, Dal-Kesme algoritması versiyonları ve Dal-Kesme algoritmasının farklı durumlardaki performans analizleri için yapılan deneysel çalışmalara yer verilmiştir.
Son bölümde ise yapılan çalışma özetlenmiş gelecekte yapılabilecek çalışmalar için önerilerde bulunulmuştur.