Contribution to the development of efficient algorithms for solving complex single-objective and multi-objective optimization models

Abstract

L’optimització en enginyeria de processos és un àrea molt estesa que ha anat evolucionant al llarg del temps i ha passat de ser una metodologia d'interès purament acadèmic a una tecnologia que té, i que contínua tenint, gran impacte en la indústria. En aquesta tesi ens hem centrat en el desenvolupament mètodes basats en dues eines típiques d'optimització: programació matemàtica i metaheurístiques. Els objectius d'aquesta tesi són: el primer és desenvolupar una metaheuristica híbrida per a l'optimització del disseny de cadenes de subministrament, d'un sol objectiu (cost o benefici), on tots els paràmetres són coneguts a priori; el segon és desenvolupar un algorisme efectiu per a reducció d'objectius facilitant la resolució de problemes multi-objectiu; i finalment s'han implementat una sèrie de millores en el mètode de la restricció èpsilon per millorar l'eficiència en la resolució de problemes multi-objectiu. Tots els algorismes presentats han estat comparats i avaluats amb els mètodes establerts per la literatura.

La optimización en ingeniería de procesos es un área muy extensa que ha ido evolucionando a lo largo del tiempo y ha pasado de ser una metodología de interés puramente académico a una tecnología que tiene, y que continua teniendo, gran impacto en la industria. En esta tesis nos hemos centrado en el desarrollo de métodos basados en dos herramientas típicas de optimización: programación matemática y metaheurísticas. Los objetivos de esta tesis son: el primero es desarrollar una metaheuristica híbrida para la optimización del diseño de cadenas de suministro, de un solo objetivo (coste o beneficio), donde todos los parámetros son conocidos a priori; el segundo es desarrollar un algoritmo efectivo para la reducción de objetivos facilitando la resolución de problemas multi-objetivo; y finalmente se han implementado una serie de mejoras en el método de la restricción epsilon para mejorar la eficiencia en la resolución de problemas multi-objetivo. Todos los algoritmos presentados han sido comparados y evaluados con los métodos establecidos por la literatura.

Optimization has become a major area in process systems engineering. It has evolved from a methodology of academic interest into a technology that has and continues to make significant impact in industry. In this thesis we have focused on development of tools based on two standard optimization methods: mathematical programming and metaheuristics. The objectives of this thesis are: firstly, the development of a hybrid metaheuristic for optimizing the design of supply chains, single objective (cost or benefit), where all parameters are known previously; secondly, the development of an effective algorithm for objective reduction facilitating the resolution of multi-objective problems; and finally, we improved the epsilon-constraint algorithm in multi-objective optimization. All the algorithms presented have been assessed with the methods established in the literature.