Σχεδιασμός και αξιολόγηση ενός συστήματος διαχείρισης στόλου οχημάτων σε πραγματικό χρόνο για την αντιμετώπιση δυναμικών γεγονότων κατά την εκτέλεση αστικών διανομών προϊόντων

Abstract

In urban freight distribution, the use of an initial distribution plan, although necessary, is by no means sufficient to address unexpected events such as traffic congestion, adverse weather conditions and mechanical failures that are likely to occur during delivery execution and may have adverse effects on system performance. These events cause deviations between the actual and desired state during the execution of the schedule. Recent advances in mobile and positioning technologies allowed the development of fleet management systems that enable freight carriers to dynamically monitor their fleet and improve relevant delivery performance by intervening when such problems occur. Although the use of such technologies supports better utilization of the vehicles’ fleet, the systems based on these technologies are not typically designed to address unforeseen events in a systemic fashion. As a result, interventions are often performed manually and the resulting decisions are local with limited effectiveness. The aim of this thesis is to enhance urban delivery execution by modelling the process of dynamic incident handling through the design and implementation of a real-time fleet management system. The latter has three main functionalities: a) it monitors delivery vehicles using mobile and positioning technologies, b) it detects deviations from the distribution plan, and c) it adjusts the schedule accordingly, by suggesting rerouting strategies. The research methodology that was followed combines three basic steps: a) literature review and interviews for requirements elicitation and system design, b) theoretical system testing and evaluation via simulation and c) confirmatory study of the theoretical results through field experiments in two freight operators. Initially we present the results obtained from the requirements’ elicitation process which was based on a two-phase methodology: a) requirements based on the results from interviews with personnel from logistics departments and b) requirements defined from the real-time fleet management perspective, as presented in the literature review. The results show that there is need for real-time fleet management systems that deal with unexpected events such as travel time delays and vehicle breakdowns. Based on the synthesis of the aforementioned requirements, the design of the real-time fleet management system is then presented. It consists of three major sub-systems: a) the Back-end that consists of a fleet management platform together with a novel mechanism, which detects incidents that occur during the delivery plan execution and facilitates vehicle re-routing when needed, b) the Wireless Communication that allows a two-way communication between the back-end and the front-end systems and c) the Front-end that enables a robust user interface, as well as interaction between the software platform that is installed in the on-board truck computer and the company’s back-end system. During the design process of the system we focus on two main performance aspects of the system. Firstly, such systems should have the ability to detect time deviations from the initial plan when they occur. We propose thus, a method for travel time estimation which is based on historical data from previous delivery deliveries. significantly improve the execution of an urban delivery when an unforeseen event occurs.

Κατά την εκτέλεση αστικών διανομών προϊόντων, η χρήση μιας αρχικής δρομολόγησης, παρότι είναι σημαντική, δεν είναι ικανή συνήθως να αντιμετωπίσει με επιτυχία απρόοπτα γεγονότα όπως για παράδειγμα κυκλοφοριακά προβλήματα, άσχημες καιρικές συνθήκες και μηχανικές βλάβες του οχήματος που μπορούν να συμβούν κατά την εκτέλεση ενός δρομολογίου. Τα συγκεκριμένα γεγονότα προξενούν αποκλίσεις μεταξύ της πραγματικής και της αρχικά σχεδιαζόμενης εκτέλεσης ενός δρομολογίου με αποτέλεσμα τη μη σωστή εξυπηρέτηση των πελατών. Οι εξελίξεις των τελευταίων ετών στο χώρο της τηλεματικής, συνέβαλαν στην ανάπτυξη συστημάτων διαχείρισης στόλου οχημάτων τα οποία επέτρεψαν στις εταιρίες διανομών να επιτηρούν το στόλο τους σε πραγματικό χρόνο και να βελτιώσουν την εκτέλεση των δρομολογίων αντιμετωπίζοντας κάποιες από τις προαναφερθείσες περιπτώσεις. Όμως, το βασικό μειονέκτημα αυτών των συστημάτων έγκειται στην αδυναμία τους να αντιμετωπίζουν αναπάντεχα γεγονότα με ένα αυτοματοποιημένο τρόπο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, όταν χρειαστεί να παρθούν κρίσιμες αποφάσεις σε πραγματικό χρόνο, αναφορικά με την εξέλιξη του δρομολογίου, να μην λαμβάνονται υπόψη σημαντικές παράμετροι (π.χ. παράθυρα διανομής πελατών) και να μειώνεται με αυτό τον τρόπο το επίπεδο εξυπηρέτησης των πελατών. Σκοπός της συγκεκριμένης διδακτορικής διατριβής είναι να βελτιώσει τον υφιστάμενο τρόπο εκτέλεσης αστικών διανομών μοντελοποιώντας με συστημικό τρόπο τη διαχείριση απροόπτων γεγονότων μέσω του σχεδιασμού και υλοποίησης ενός συστήματος διαχείρισης στόλου οχημάτων σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα εμπεριέχει τρεις βασικές λειτουργίες: α) ελέγχει την εκτέλεση του δρομολογίου κάθε οχήματος, β) ανιχνεύει χρονικές αποκλίσεις από το αρχικό πρόγραμμα με τη χρήση μεθόδων πρόβλεψης χρόνου άφιξης και γ) επαναπροσδιορίζει τη σειρά επίσκεψης στους εναπομείναντες πελάτες χρησιμοποιώντας αλγορίθμους επαναδρομολόγησης. Η ερευνητική μεθοδολογία η οποία ακολουθείται για το σχεδιασμό, υλοποίηση και αξιολόγηση του εν λόγω συστήματος περιλαμβάνει τρεις βασικές φάσεις (three-phase triangulated research methodology): α) τη βιβλιογραφική επισκόπηση και μια σειρά από συνεντεύξεις με στόχο τον προσδιορισμό των απαιτήσεων του συστήματος και την σχεδίασή του, β) τον θεωρητικό έλεγχο του συστήματος μέσω χρήσης προσομοίωσης και γ) τον έλεγχο της ορθότητας των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης μέσω της πιλοτικής χρήσης του συστήματος σε δύο εταιρίες διανομής προϊόντων. Αρχικά παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της ανάλυσης των απαιτήσεων η οποία βασίστηκε σε δύο φάσεις: α) απαιτήσεις των χρηστών οι οποίες προέρχονται από συνεντεύξεις με στελέχη τμημάτων logistics και β) απαιτήσεις που αφορούν στη λειτουργία τέτοιων συστημάτων και προέρχονται από τη βιβλιογραφική επισκόπηση. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν την ανάγκη ύπαρξης ενός συστήματος διαχείρισης στόλου οχημάτων το οποίο θα μπορεί να αντιμετωπίσει δυναμικά γεγονότα (π.χ. χρονικές καθυστερήσεις και βλάβες οχημάτων) που συμβαίνουν κατά την εκτέλεση ενός δρομολογίου. Με βάση τη σύνθεση των απαιτήσεων, παρουσιάζεται στη συνέχεια ο σχεδιασμός του συστήματος. Το τελευταίο αποτελείται από 3 βασικά υποσυστήματα: α) το υποσύστημα βάσης, το οποίο περιλαμβάνει την πλατφόρμα της διαχείρισης στόλου οχημάτων καθώς επίσης και ένα καινοτόμο μηχανισμό ο οποίος ανιχνεύει χρονικές αποκλίσεις από το αρχικό πρόγραμμα και επιτρέπει την επαναδρομολόγηση ενός ή περισσοτέρων οχημάτων, β) το τηλεπικοινωνιακό υποσύστημα το οποίο επιτρέπει την επικοινωνία μεταξύ του υποσυστήματος βάσης και οχήματος και γ) το υποσύστημα οχήματος το οποίο περιλαμβάνει μια εύχρηστη διεπαφή η οποία επιτρέπει την αμφίδρομη επικοινωνία οδηγού και δρομολογητή. Κατά τον σχεδιασμό του συστήματος δόθηκε