OPTIMASI PENGATURAN RUTE KENDARAAN DENGAN MUATAN KONTAINER PENUH MENGGUNAKAN METODE DEKOMPOSISI LAGRANGIAN Akhmed Data Fardiaz, Rully Soelaiman S.Kom, M.Kom Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknologi Informasi, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Kampus Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia
[email protected],
[email protected] ABSTRAK Optimasi pengaturan rute kendaraan dengan muatan kontainer penuh adalah aplikasi pengoptimalan biaya operasional alat transportasi ketika mengangkut barang dari depot menuju delivery point dan dari pickup point menuju depot. Dengan adanya tujuan yang sama dari kedua rute ini, yaitu depot, maka pengoptimalan dapat dilakukan dengan memerged titik tujuan yang sama untuk tujuan depot. Dengan demikian maka tidak akan ada truk yang bergerak dengan kontainer kosong dalam waktu yang lama. Jika hal ini dapat dilakukan maka akan didapatkan pengoptimalan biaya operasional truk yang didasarkan pada waktu yang ditempuh dari tiaptiap titik tujuan baik depot, delivery point maupun pickup point. Diasumsikan bahwa pada setiap pengangkuatan kontainer, truk selalu terisi penuh. Kemudian waktu yang dibutuhkan untuk membongkar dan mengangkut kontainer diabaikan karena diasumsikan sudah termasuk dalam waktu perjalanan yang ditempuh oleh truk. Pada Tugas Akhir ini diterapkan prosedur penyelesaian maslah yang berdasarkan dekomposisi LAGRANGIAN. Dengan metode dekomposisi LAGRANGIAN ini permasalahan akan dipecah atau didekomposisikan menjadi subsub permasalahan yang lebih kecil, yaitu menjadi sub permasalahan AP dan GAP. Untuk kemudian dari masingmasing permasalahan ini akan diketahui suatu solusi optimal yang pada akhirnya akan menjadi solusi dari permasalahan secara keseluruhan. Kata kunci : Transportasi, depot, delivery point, pickup point, AP, GAP, Lagrangian
dari penggunaan armada sendiri termasuk biaya sopir disebut sebagai sunk cost, yang terjadi selama truk dapat berfungsi. Sehingga dalam fase operasional, ketika sunk cost diabaikan maka biaya penggunaan armada sendiri lebih murah daripada biaya untuk armada sewaan. Pada konteks ini, sangat penting untuk mengalokasikan sebanyak mungkin pekerjaan distribusi kepada armada sendiri untuk meminimalisasi total biaya distribusi. Pengiriman kontainer pada proses pendistribusian kepada customer dari terminal intermodal seperti stasiun dan pelabuhan (depot) biasanya menggunakan truk. Pada operasional perusahaan, pendistribusian kontainer dibagi menjadi dua aktivitas yaitu pengiriman dan pengambilan barang sebagai bentuk pelayanan kepada customer. Pengiriman di sini berarti perjalanan truk dari depot dengan membawa muatan menuju ke customer. Setelah mengantar muatan barang, truk kembali ke depot dengan membawa
1. PENDAHULUAN Pada umumnya setiap perusahaan berusaha memberikan pelayanan yang terbaik untuk memenuhi permintaan pelanggan. Maka dari itu, perencanaan kegiatan distribusi perlu dilakukan dengan baik. Sehingga perusahaan perlu memaksimalkan sumber daya yang ada secara efektif dan efisien, dengan tujuan perusahaan akan dapat memenuhi permintaan pelanggan dengan biaya operasional yang serendah mungkin. Permintaan yang dihadapi perusahaan biasanya tidak konstan atau dapat dikatakan bahwa permintaan berfluktuasi sehingga ada kemungkinan terjadi kekurangan dan kelebihan kapasitas. Maka untuk pertimbangan biaya investasi maka perusahaan perlu membeli armada kontainer dengan ukuran sedang. Jika ada kelebihan permintaan yang tidak dapat dilayani oleh armada yang dimiliki perusahaan maka perusahaan akan menyewa truk carteran dari luar untuk mengkover kelebihan permintaan tersebut. Biaya dasar 1
2 muatan kosong. Sebaliknya, pengambilan adalah perjalanan truk bermuatan kosong dari depot menuju ke tempat customer untuk mengambil barang. Setelah mengisi kontainer maka truk kembali menuju depot dengan membawa muatan. Untuk melakukan efisiensi biaya, perusahaan perlu meminimalisasi penggunaan perjalanan kontainer dengan muatan kosong. Sehingga jika waktu dan ukuran memenuhi syarat maka akan dilakukan perjalanan langsung dari pengiriman barang ke tempat pengambilan barang yang akan menghindari banyaknya penggunaan perjalanan muatan kosong. Termotivasi dari permasalahan di atas, maka dipertimbangkan permasalahan tersebut sebagai Vehicle Routing Problem With Full Container Load (VPRFC) yang didefinisikan sebagai berikut, yaitu mengasumsikan ukuran dan tipe kontainer adalah sama antara truk sendiri maupun sewaan dengan perbedaaan biaya pengangkutan dan kapasitas waktu kerja. Maka dengan demikian perlu ditemukan penugasan yang optimal dari truk sendiri dan sewaan untuk memenuhi permintaan pengiriman dan pengambilan, dimana bertujuan untuk meminimalisasi total biaya distribusi. 2. VRPFC Vehicle Routing Problem with Full Container Load sebuah model yang berguna untuk merancang sebuah jalur distribusi dengan biaya minimum untuk setiap kendaraan yang berangkat dari daerah asal dan kembali ke daerah tujuan. Dimana pada penentuan rute untuk melayani perjalanan pengiriman dan pengambilan dilakukan oleh sejumlah armada truk secara efektif dan efisien dengan tujuan meminimalisasi waktu dan biaya operasional. Dengan demikian maka diberikan batasan permasalahan dengan mengasumsikan tiap armada penganngkut diberikan load yang terisi penuh (Full Container Load). Dengan demikian perjalanan pengiriman dan
pengambilan dapat dikonsentrasikan pada optimasi pencarian jarak tempuh paling efektif dan manajemen penggunaan aramada pengiriman untuk meminimalisasi biaya.
Gambar Error! No text of specified style in document..1 Tipe Pengangkutan Individual Trip dari Armada Pengangkut
Terdapat dua tipe pengangkutan dari individual trip, yaitu perjalanan pengiriman dan perjalanan pengambilan (gambar 2.1). Perjalanan pengiriman yaitu truk yang membawa container berisi penuh mengirimkan muatan ke delivery point kemudian kembali ke depot dengan muatan kosong. Perjalanan pengambilan yaitu truk membawa muatan kosong kepada pickup point untuk mengambil barang kemudian kembali ke depot dengan container bermuatan penuh. Dengan asumsi tipe dan ukuran truk yang sama maka perjalanan dapat digabungkan, yaitu truk dengan muatan kosong mengirimkan barang ke tempat customer kemudian dengan muatan kosong, truk tersebut langsung ditugaskan untuk mengambil barang ke pick up point, setelah itu kembali ke depot (merged trip). Sebelum memodelkan, terdapat beberapa asumsi yang digunakan dalam mengerjakan formulasi matematis model VRPFC , yaitu:
Jumlah delivery point dan jaraknya terhadap depot diketahui. Jumlah pickup point dan jaraknya terhadap depot diketahui. Jumlah armada truk dan kapasitas waktu masingmasing diketahui. Waktu pengangkutan untuk melayani perjalanan dari depot ke delivery point i menuju pickup point j kembali ke depot diketahui dengan asumsi truk berjalan dengan kecepatan 15km/jam. Waktu pengangkutan yang diperhitungkan tidak termasuk waktu pembongkaran container di tempat customer.
3
Biaya armada truk per km diketahui Ukuran dan tipe semua truk diasumsikan sama. Permasalahan VRPFC dapat diformulasikan sebagai berikut: [P] Minimize CR ijk x ijk , (2.1)
å åå
i ÎV D j ÎV P k Î K
Subject to
å å x
ijk
= 1 "j Î V P ,
(2.2)
D
i ÎV k Î K
å å x
ijk
= 1 "i Î V D ,
(2.3)
permasalahan relaksasi dapat didekomposisi menjadi subpermasalahan yang lebih kecil. Dengan adanya pengali lagrange, subpermasalahan ini dapat menjadi lebih mudah diselesaikan dan diminimumkan. Metode lagrangian merupakan suatu metode yang digunakan untuk menyelesaikan fungsi objektif permasalahan yang langsung dikaitkan dengan fungsi kendalanya (batasan). berdasarkan relaksasi Lagrangian dari formula asal [P]. [P] Minimize
J ÎV P k Î K
å å T ij x ijk £ L k
i ÎV D j Î V P
"k Î K ,
æ ö x + å l ç å å T ij x ijk - L k ÷ ç ÷ k ÎK è i ÎV D j ÎV P ø
å å å CR
ijk ijk
(2.4)
x ijk Î {0 , 1 } "i Î V D , j Î V P , k Î K , (2.5) dimana: CRijk biaya pengangkutan container dengan truk k dari depot menuju delivey point i pada pickup point j dan perjalanan kembali ke depot. Tij waktu pengangkutan dari depot menuju delivery point i pada pickup point j dan perjalanan kembali ke depot (termasuk waktu penanganan kargo pada tempat customer). K Kumpulan truk D V Kumpulan delivery point P V Kumpulan Pickup Point Lk Kapasitas waktu yang tersedia untuk truk k xijk =1 jika sebuah container diangkut dari i ke j dengan truk k, =0 jika tidak LAGRANGIAN Lagrangian merupakan metode untuk mengoptimasi suatu permasalahan pemecahan/pemisahan pada nonlinear programming ataupun linear programming. Ide pokok dari pendekatan ini adalah suatu ”nutshell”, yaitu dekomposisi dan koordinasi. Dekomposisi yang dilakukan adalah dekomposisi yang berdasarkan model pemisahan/pemecahan sedangkan koordinasi yang dilakukan adalah koordinasi yang berdasarkan konsep pembaruan suatu nilai pengali lagrange (lagrange multiplier). Pada metode ini, suatu batasan direlaksasi melalui pengali lagrange, dan
i ÎV D j ÎV P k ÎK
= å
å å (CR
ijk
i ÎV D j ÎV P k ÎK
(2.6)
+ l k T ij )x ijk - å l k L k (2.7) k ÎK
Subject to (2.2), (2.3) dan (2.5), Dimana λ adalah sebuah Langrangian multiplier untuk truk k. Dengan mensubtitusikan CR’ijk untuk CRijk +λkTij, [PR] menjadi: [PR’] Minimize
å å å CR '
x ,
ijk ijk
(2.8)
i ÎV j ÎV P k Î K
Subject to (2.2), (2.3) dan (2.5). AP dan GAP Assigment Problem adalah pencarian penyelesaian permasalahan kombinasi untuk mendapatkan solusi dengan batasan bahwa semua kombinasi terpenuhi dan didapatkan pasangan yang paling optimal. Dalam kasus pengerjaan Tugas Akhir ini adalah pada pengoptimalan jalur pengangkutan dan pengiriman barang pada delivery point dan pickup point untuk mendapatkan rute terpendek. Rute terpendek ini didapatkan dengan mencari titiktitik tujuan armada truk yang dapat digabungkan, kemudian dicari jarak dan waktu tempuh yang paling singkat. Untuk mendapatkan solusi dari AP, maka dengan [PR’] tak lagi dibatasi oleh truk k, truktruk yang termurah dapat dipekerjakan selama semua pekerjaan distribusi barang terselesaikan, oleh karena itu dapat ditulis kembali seperti pada perumusan (2.9) hingga (2.12).
4
å T z p
kp
£ L k "k Î K ,
(2.15)
p Î P
[PL] Minimize
z kp Î {0 , 1 } "k Î K , "p Î P ,
^
å å C
ij
y ij ,
i ÎV D j Î V P
(2.9)
Dimana: p Î P adalah sebuah DP pair dibentuk oleh
Subject to
problem [PR]
å y ij = 1 "i Î V P ,
(2.10)
= 1 "j Î V D ,
(2.11)
i Î V D
å y
ij
j Î V P
y ij Î {0 , 1 } "i Î V D , j Î V P ,
(2.12)
Dimana Ĉij didefinisikan sebagai Ĉij = min kÎ K [CR’ijk] untuk semua i, j dan yij = 1 jika sebuah container diangkut dari i ke j, = 0 jika sebaliknya. Untuk setiap pasangan i, j biarkan k* menjadi nilai dari indeks yang berhubungan dengan minimum cost CR’ijk sehingga Ĉij = CR’ijk*. Kemudian, solusi dari permasalahan [P] dapat diperoleh dari solusi permasalahan [PR] sebagai berikut: Untuk setiap pasangan i,j biarkan xijk* = yij ; Untuk semua k yang lain biarkan xijk = 0. Generalized Assigment Problem, sama halnya dengan Assigment Problem, akan tetapi pada tiaptiap poin/titik yang akan dikombinasikan memiliki nilai syarat yang berbedabeda. Sehingga optimasi yang dilakukan adalah untuk mendapatkan solusi agar didapatkan keuntungan optimal dengan persyaratan yang ada pada tiaptiap poin/titik. Pada Tugas Akhir ini yang dicari adalah adalah untuk pengoptimalan biaya perjalanan delivery dan pickup pada armada truk dengan menggunakan jalur yang telah ditentukan sebelumnya pada Assigment Problem. [PF] Minimize
å å C
kp
z kp ,
(2.13)
k ÎK p Î P
Subject to
å z
kp
k Î K
(2.16)
= 1 "p Î P ,
(2.14)
C kp
biaya transportasi yang disebabkan
T p
pada pelayanan DP pair p oleh truk k. Waktu pengangkutan DP pair p.
z kp
= 1 jika DP pair p dilayani truk k, = 0 jika tidak.
3. PERANCANGAN Pada sub bab ini akan diuraikan perancangan proses yang bertujuan mengetahui hubungan antar proses, beserta langkahlangkahnya pada setiap proses dalam membangun perangkat lunak untuk optimasi biaya transportasi dengan menggunakan metode dekomposisi lagrangian. Proses utama yang terjadi berdasarkan pada perumusan yang telah dijelaskan sebelumnya untuk rumusan (2.1) hingga (2.16) adalah: 1. Pada problem [P] relaksasikan kapasitas waktu truk untuk mendapatkan problem [PR]. Untuk melayani customer delivery dan pickup gunakan truk dengan “lowest cost” untuk mengidentifikasi biaya pada problem (AP), yaitu [PL]. Catatan bahwa “lowest cost” adalah Lagrangian cost. 2. Selesaikan problem [PL] pada setiap delivery point, dan kemudian pada pickup point untuk dipasangkan. 3. Bentuklah problem GAP, yaitu [PF]. Gunakan sebuah biaya distribusi sebenarnya , sebagai biaya routing dari delivery dan pickup. 4. Selesaikan problem [PF]. Dimana akan menghasilkan solusi yang mengindikasikan truk mana akan digunakan untuk penugasan pada tiaptiap DP pair yang ditentukan pada langkah 2. Solusi untuk problem [PL] dan [PF] bersamaan merupakan kemungkinan solusi untuk [P]. PROSES PENYELESAIAN AP Pada penyelesaian masalah AP ini bertujuan untuk menentukan jalurjalur
5 terdekat antara delivery, pickup dan depot yang dapat dimerged untuk mendapatkan jalur yang efisien. Tentunya dengan memperhatikan faktor waktu.
Gambar Error! No text of specified style in document..1 Diagram alur proses proses AP
PROSES PENYELESAIAN GAP Pada penyelesaian masalah GAP ini bertujuan untuk menentukan truk mana yang akan ditugaskan untuk melakukan suatu pengiriman barang pada jalurjalur yang telah ditentukan dari hasil optimasi AP. Tujuannya adalah untuk mendapatkan optimasi biaya operasional truk. Truk milik sendiri tentu akan dioptimalkan terlebih dahulu, baru kemudian digunakan truk sewa.
Gambar Error! No text of specified style in document..2 Diagram alur proses proses GAP
4. UJI COBA Uji coba yang dilakukan pada Tugas Akhir ini menggunakan datadata sebagai berikut: Tabel 4.1 Data Jarak (0) dan Jarak (ij) berturutturut i/j
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0
7
23
7
14
2
9
7
26
7
10
i/j
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0
13
13
19
13
6
21
20
10
8
29
i\j
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
32
72
34
36
30
44
40
60
26
45
12
37
47
34
55
28
28
28
73
41
38
13
45
85
47
43
42
56
52
68
38
56
14
41
66
40
42
28
37
33
78
37
30
15
22
59
23
29
16
30
26
56
15
31
16
57
63
54
67
44
45
44
95
57
45
17
44
61
42
68
42
47
46
71
51
58
18
32
69
33
28
25
39
34
65
25
37
19
30
59
30
33
18
29
25
67
26
25
20
72
80
70
77
58
61
60
110
71
58
6 Tabel 4.2 Waktu Pengangkutan Perjalanan (Tij) i\j 11
1 2
2 4
3 2
4 2
5 2
6 2
7 2
8 4
9 1
10 3
12
2
3
2
3
1
1
1
4
2
2
13
3
5
3
2
2
3
3
4
2
3
14
2
4
2
2
1
2
2
5
2
2
15
1
3
1
1
1
2
1
3
1
2
16
3
4
3
4
2
3
2
6
3
3
17
2
4
2
4
2
3
3
4
3
3
18
2
4
2
1
1
2
2
4
1
2
19 20
2 4
3 5
2 4
2 5
1 3
1 4
1 4
4 7
1 4
1 3
Gambar 4.3Posisi Antara Depot, Delivery dan Pickup Point
Tabel 4.3 Biaya Operasional CRijk, Time Capacity (Lij), Jumlah Truk (k) Milik Sendiri Biaya/km
Sewa
30
60
Time Capacity
8
10
Jumlah Truk
2
2
HASIL UJI COBA Berikut adalah hasil uji coba dari beberapa skenario yang digunakan:
Gambar 5.4 Hasil Gambar Peta untuk AP dan GAP dengan Total Biaya 8130
c.) Skenario pertama dengan 7 Dpoint dan 7 Ppoint
a.) Skenario pertama dengan 2 Dpoint dan 2 Ppoint
Gambar 4.1 Posisi Antara Depot, Delivery dan Pickup Point
Gambar 4.2 Hasil Gambar Peta untuk AP dan GAP dengan Total Biaya 4050
b.) Skenario pertama dengan 4 Dpoint dan 4 Ppoint
Gambar 4.5 Posisi Antara Depot, Delivery dan Pickup Point
Gambar 4.6 Hasil Gambar Peta untuk AP dan GAP dengan Total Biaya 12990
d.) Skenario pertama dengan 10 Dpoint dan 10 Ppoint
7
Gambar 4.7 Posisi Antara Depot, Delivery dan Pickup Point
SARAN Beberapa saran yang hendak disampaikan berkaitan dengan tugas akhir ini adalah : 1. Penerapan dekomposisi Lagrangian pada permasalahan Vehicle Routing with Full Container Load yang diuraikan menjadi AP dan GAP untuk banyak depot. 2. Pada penentuan Lambda penyelesaian AP untuk tugas akhir ini ditentukan secara trial and error dan akhirnya ditentukan nilai 300. Pada penelitian selanjutnya dapat digunakan suatu metode tertentu yang dapat digunakan untuk menentukan nilai Lambda untuk penyelesaian permasalahan AP. 6. DAFTAR PUSTAKA [1]. Akio Imai, Etsuko Nishimura, John Current. 2004. “A Lagrangian relaxationbased heuristic for the vehicle routing with full container load”. European Journal of Operational Research 176 (2007), 87–105.
Gambar 4.8 Gambar Peta untuk AP dan GAP dengan Total Biaya 22470
5. PENUTUP KESIMPULAN Kesimpulan yang diperoleh berdasarkan uji coba dan analisa hasil yang telah dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Metode dekomposisi Lagrangian merupakan metode optimasi yang dapat digunakan untuk mengoptimalkan biaya yang dikeluarkan pada penyelesaian masalah AP dan GAP pada Vehicle Routing Problem with Full Container Load. 2. Berdasarkan uji coba yang telah dilakukan, dengan menguraikan permasalahan menjadi sub permasalahan AP dan GAP metode dekomposisi Lagrangian dapat meminimalkan biaya yang dikeluarkan untuk melakukan proses pengiriman barang dari depot, delivery dan pickup point. 3. Penggunaan solver tomblab dapat membantu pencarian nilai optimal pada pembiayaan truk untuk masalah AP dan GAP. Tomblab akan melakukan proses dengan caranya sendiri untuk menentukan jalur dan biaya optimal pada operasional truk.
[2]. Chopra, Sunil, and Peter Meindl. 2004. “Supply Chain Management Second Edition”. Prentice Hall. [3]. Edvall, M.M., and Anders Goran. 2006. “Tomlab Quick Start Guide”, Tomlab Optimization. [4]. Taha, H.A., 2004. Operations Research : An Introduction 1 st . Prentice Hall. [5]. Fisher, L. Marshall. “The Lagrangian Relaxation Method for Solving Integer Programming Problems”.Management Science.1981. [6]. http://en.wikipedia.org/wiki/Inventory_m anagement, 28 April 2009. [7]. http://en.wikipedia.org/wiki/Transport, 28 April 2009.