Diseño y aplicación de una herramienta para la optimización de rutas de vehículos con aspectos medioambientales

Resumen

En la actualidad, en torno al 90% de la población de la Unión Europea se encuentra expuesta a altas concentraciones de algunos de los contaminantes atmosféricos más nocivos para la salud, reduciendo la esperanza de vida de la población y ocasionando un fuerte impacto económico en el producto interior bruto de los países. Dentro de los sectores económicos, el transporte se presenta como una de las principales fuentes de contaminación ya que genera niveles nocivos de emisiones contaminantes y es el responsable de hasta el 24% de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en la Unión Europea. Estas emisiones dependen en gran medida de los combustibles utilizados, de la carga y tecnología del motor de los vehículos y principalmente de las distancias recorridas. El problema de la distribución de productos desde los almacenes a los usuarios finales juega un papel central en la gestión de algunos sistemas logísticos, donde la determinación de rutas de reparto eficientes es fundamental en la reducción de costes. Este problema en la vida real, se caracteriza por disponer las empresas de distribución de una flota heterogénea, en la que vehículos con diferentes características son incorporados a lo largo del tiempo para una mejor adaptación a las demandas de los clientes. Entre las características más destacadas se encuentran vehículos con diferentes capacidades y antigüedad, usos de combustibles alternativos y tecnología del motor. Por todo ello, en el contexto actual la componente medioambiental tiene que ser añadida en el proceso de toma de decisiones a las estrategias logísticas tradicionales, basadas en costes y tiempos. Esta Tesis Doctoral se ha centrado en su mayor parte al desarrollo de nuevos modelos y algoritmos para la resolución del Problema de Enrutamiento de Vehículos con Flota Fija Heterogénea y Ventanas de Tiempo (HVRPTW), con la consideración adicional de reducir las emisiones de GEI y de partículas contaminantes. La formulación del problema se realiza desde dos perspectivas muy diferenciadas. La primera de ellas incorpora una metodología basada en la estimación de los costes asociados a las externalidades presentes en las actividades del transporte. La segunda perspectiva comprende técnicas de optimización multiobjetivo con asignación de preferencias a priori, en el que el decisor puede establecer sus preferencias por adelantado. La elaboración de las rutas eco-eficientes se plantea mediante modelos lineales de programación matemática y se resuelve usando técnicas cuantitativas. Estas técnicas comprenden algoritmos heurísticos y metaheurísticos que combinan diversos procedimientos avanzados para tratar la complejidad del problema. En particular, esta Tesis describe una heurística de inserción secuencial semi-paralela y una metaheurística híbrida de búsqueda de entorno variable descendente con búsqueda tabú y lista de espera, que introduce una mayor flexibilidad para la resolución de cualquier variante del problema HVRPTW. Los algoritmos han sido aplicados a problemas típicos de recogida y reparto de mercancías de la literatura científica y a un caso real, que comprende la planificación de rutas y personal en una empresa de servicios con características y restricciones muy peculiares. Los resultados demuestran que el algoritmo resuelve de manera eficiente la variante del problema abordado y es extensible para la resolución de otras variantes. El resultado de la Tesis es el desarrollo de una herramienta para la ayuda a la toma de decisiones en el diseño y control de rutas eco-eficientes. Dicha herramienta podrá integrarse con el sistema de información geográfica (GIS) particular de cada empresa y permitirá la visualización de las rutas eco-eficientes, evaluando el impacto producido en los ámbitos económico, energético, operativo y medioambiental. Por ello, la herramienta tendrá un impacto económico directo sobre los usuarios finales y permitirá la comparación de rutas y resultados obtenidos a partir de diferentes alternativas, logrando una mayor competitividad y el cumplimiento de los compromisos de sostenibilidad en la empresa. Por otro lado, a nivel global, la herramienta contribuye a una mejora social derivada de una reducción del consumo energético y de una disminución de las emisiones contaminantes de las flotas de transporte de mercancías por carretera, que tienen un impacto a nivel local, nacional e internacional. En este sentido, la Tesis Doctoral contribuye claramente al desarrollo estratégico del sector transporte de mercancías, aumentando la eficiencia de las flotas de transporte por carretera y logrando una mayor sostenibilidad y competitividad.