Sistemi di distribuzione a due livelli basati sull’utilizzo di depositi mobili

Gli ultimi decenni hanno visto un crescente utilizzo di strumenti di ottimizzazione, basati sulla ricerca operativa e sulla programmazione matematica, per la gestione efficace della fornitura di beni e servizi nei sistemi di distribuzione. Il gran numero di applicazioni reali, sia in Nord America che in Europa, hanno ampiamente dimostrato che l'uso di procedure informatizzate per la pianificazione del processo di distribuzione produce risparmi sostanziali (in genere dal 5% al 20%) nei costi di trasporto globali (Toth P., Vigo D., 2002). È facile notare che l'impatto di questi risparmi sul sistema economico globale è significativo.
Il successo dell'utilizzo delle tecniche di Ricerca Operativa è dovuto allo sviluppo dei sistemi informatici, sia dal punto di vista hardware che software, e alla crescente integrazione dei sistemi informativi nei processi produttivi e commerciali.
Un altro fattore di successo, importante quanto gli altri, è lo sviluppo di strumenti di modellazione e algoritmici implementati negli ultimi anni. Infatti, i modelli proposti tengono conto di tutte le caratteristiche dei problemi di distribuzione che sorgono nelle applicazioni del mondo reale, e i corrispondenti algoritmi e implementazioni al computer trovano buone soluzioni per le istanze del mondo reale entro tempi di calcolo accettabili.

Per quanto riguarda la distribuzione delle merci, uno dei modelli matematici più utilizzato in letteratura, nonché uno dei problemi di ottimizzazione combinatoria più importanti e studiati, è quello del Vehicle Routing Problem (VRP), che richiede la determinazione dell'insieme ottimale di percorsi che devono essere eseguiti da una flotta di veicoli per servire un determinato insieme di clienti.
Questo problema è stato introdotto da Dantzig e Ramser nel 1959, i quali hanno descritto un'applicazione del mondo reale riguardante la consegna di benzina alle stazioni di servizio e hanno proposto la prima formulazione di programmazione matematica e l'approccio algoritmico.
Questo fondamentale articolo ha fatto da apripista a centinaia di studi su modelli e algoritmi per la soluzione ottimale e approssimativa delle diverse versioni del VRP.
Questo interesse per la VRP è motivato sia dalla sua rilevanza pratica che dalla sua notevole difficoltà, sia in termini di modellazione, i modelli infatti sono sempre più complessi in linea con le difficoltà legate alla distribuzione soprattutto in ambito urbano; sia in termini di risoluzione in quanto mentre le istanze VRP più grandi che possono essere risolte in modo coerente dagli algoritmi esatti più efficaci proposti finora contengono circa 50 clienti, mentre le istanze più grandi possono essere risolte in modo ottimale solo in casi particolari.
Nel classico problema di instradamento dei veicoli, i veicoli eseguono le consegne partendo dal deposito, visitando uno o più clienti e tornando al deposito. Nella pratica, soprattutto nei contesti cittadini in cui le difficoltà distributive sono state ampiamente illustrate e commentate nei capitoli precedenti, è necessario tener conto di restrizioni fisiche o legali del veicolo vicino alle sedi dei clienti, come lo spazio di parcheggio insufficiente o le limitazioni di peso del veicolo. Per mantenere le economie di scala e rispettare tali requisiti, sono stati sviluppati modelli di VPR che rispettino il sistema di distribuzione a due livelli. Con questa configurazione viene tenuto conto dell’uso di diversi veicoli, quelli di primo livello (FE) e di secondo livello (SE), che vengono utilizzati per le operazioni di ritiro e consegna presso il deposito centrale e i clienti, rispettivamente. In questi modelli ovviamente sono incluse le strutture intermedie, ovvero i satelliti, che facilitano il consolidamento e il trasbordo delle merci tra i diversi veicoli impiegati su entrambi gli scaglioni.
Il problema dell'instradamento dei veicoli in una rete di distribuzione a due livelli è noto come Problema di Instradamento dei Veicoli a Due Livelli (2E-VRP, two-echelon vehicle routing problem).
In questo capitolo verrà esposto il modello del 2E-VRP comprese le varianti di problemi ispirate al mondo reale che sono state studiate per colmare il divario tra i modelli canonici e le applicazioni pratiche. In particolare, verrà approfondito il modello del routing dei veicoli a due livelli con sincronizzazione dei satelliti (2E-MTVRP-SS, Two-Echelon Multiple Trip Vehicle Routing Problem Satellite Synchronization), un’estensione del Vehicle Routing classico in cui si sottolinea l’importanza legata alle pianificazioni temporali per garantire la sincronicità dei due livelli. Infine, risulta rilevante trattare del modello di localizzazione dei depositi mobili su rete a due livelli (2E-FLRP Two-Echelon Location Routing Problem) in quanto tiene conto delle finestre temporali in cui garantire la consegna al cliente per non incorrere in sanzioni monetarie.