PARAMETRIC MODELLING OF FREIGHT NETWORKS: OPERATIONAL AND ENVIRONMENTAL COSTS

The increased awareness of the environmental and social impacts caused by logistics and distribution has brought to a deeper focus on this theme by both industry and literature. Research in this field has been developed in order to take into consideration the so-called “green effects” while studying distribution networks. It is commonly acknowledged that transportation activities generate both operational and environmental costs. Operational costs are typically well defined and computed in logistics providers’ rates. Nevertheless, there is a full set of impacts (such as gasses and particles emissions, noise, congestion, accidents) generating costs that are not reflected into transport prices: these are the environmental costs. As consumers’ environmental consciousness is growing and legislative organizations are pushing for stricter regulations, from the industrial point of view the request is rising of correctly estimating overall transportation costs. Generally companies which work to reduce their environmental impacts focus on distribution as it is commonly recognized as one of the most polluting activities. As s consequence, they act on three subsequent levels: optimization of the existent networks and flows; optimization of the modes of transport; increase of the efficiency of routes and journeys. Some of the most widespread actions meant to decrease transport environmental impacts consist in minimizing empty running of trucks, encouraging intermodal distribution, running more efficient vehicles: all measures that, besides abating pollution and congestion costs, have the substantial benefit of pulling down the overall costs generated by companies. However, only few literature contributions give quantitative models to estimate external transport costs. Most of the current studies develop qualitative and multi-objective researches, trying to define and estimate external impacts, without though giving any proper cost values. As a starting point of this work I am presenting an extensive literature analysis, which shows how dispersed data regarding full transport costs are. Starting from these data, I elaborated new analytical functions which overcome the limits of the existing formulations and which allow the calculation of both internal and external transport costs for freight distribution networks. These new functions can effectively estimate the total transport cost: their reliability, as well as their effectiveness, are proved through the application to real industrial cases. The developed functions represent then the analytical input of an innovative calculation framework. The new framework which I realized as the main objective of my research permits to achieve a reliable and straightforward calculation of the overall transport cost –both internal and external– for any road distribution networks. While requiring in input an extremely reduced amount of data, the model calculates the total transportation cost by considering specific distribution constraints and variables. Both effective operational applicability and results reliability are achieved. The application of the new model to real industrial cases shows that the framework gives reliable outputs, as the calculated internal costs are comparable to the costs paid by the companies to their forwarders. Nevertheless, the overall costs (considering the sum of internal and external contributions) exceed the actual, operational costs. This highlights immediately the fact that there are certain unpaid amounts which are linked to the presence of external costs. External costs have big impacts, with a weight which is on average the 18% of the total cost. Being so significant, such costs cannot be ignored. On the contrary, finding strategies in order to minimize them becomes more and more important. As these costs are influenced by a considerable number of factors, it is necessary to identify on which values to act in order to effectively minimize the external cost. Through a sensitivity analysis it has been possible to highlight the most meaningful factors affecting both internal and external cost values: the highly significant elements are the vehicle saturation and the travelled distance in urban peak conditions. These will be the variables to act on when developing a cost minimization strategy.

L’aumentata consapevolezza delle conseguenze in termini di impatti ambientali e sociali delle attività di logistica e distribuzione ha generato un’attenzione particolare in merito a questi temi da parte sia dell’industria che del mondo accademico. Ciò ha portato allo sviluppo di un filone di ricerca orientato allo studio di quelli che sono stati definiti “green effects”, ovvero effetti ambientali e sociali legati allo sviluppo delle reti logistiche. E’ comunemente riconosciuto come le attività di trasporto generino sia costi di tipo operativo che costi di natura ambientale. I costi operativi sono facilmente definibili e vanno a formare parte delle tariffe di trasporto tipicamente proposte dai fornitori di servizi logistici. Esistono tuttavia una serie di impatti (come l’emissione di gas e particelle inquinanti, l’inquinamento acustico causato dai veicoli, la congestione stradale, gli incidenti) i quali danno luogo a costi che non si riflettono nelle tariffe di trasporto: questi sono i costi ambientali. L’attenzione da parte dei consumatori, da un lato, e la pressione sempre maggiore dal punto di vista legislativo, dall’altro, fanno sì che il mondo industriale richieda in modo sempre più pressante strumenti in grado di stimare correttamente quali siano i reali costi generati dal trasporto. Tipicamente le aziende che lavorano in un’ottica di minimizzazione dei propri impatti ambientali si focalizzano proprio sull’ambito della distribuzione in quanto questa rappresenta una delle attività in assoluto maggiormente inquinanti. A livello operativo l’azione viene declinata su tre livelli: in primo luogo, l’ottimizzazione delle reti e dei flussi esistenti; quindi l’ottimizzazione dei mezzi utilizzati per il trasporto; infine l’aumentata efficienza dei viaggi che vengono svolti sulla rete con i mezzi a disposizione. Alcune delle azioni più diffuse consistono, ad esempio, nel minimizzare i viaggi a vuoto, nell’incoraggiare la distribuzione intermodale, nell’acquistare veicoli con prestazioni migliori. Tutte misure, queste, che ancor prima dell’indubbio merito di abbattere una serie di costi ambientali, hanno il vantaggio di portare ad una diminuzione anche dei costi operativi effettivamente sostenuti dall’azienda. In letteratura, tuttavia, questo tema è ancora scarsamente affrontato: solo pochi contributi a livello internazionale forniscono modelli quantitativi in grado di calcolare i costi esterni di trasporto. La maggior parte degli studi sviluppa infatti analisi di tipo qualitativo e multi-obiettivo, tentando di definire gli impatti esterni ma non fornendo alcun costo reale associato a tali impatti. Il punto di partenza di questo lavoro è rappresentato da un’estesa analisi della letteratura che mostra come i dati a disposizione siano dispersi e spesso non immediatamente interpretabili. A partire da questa analisi ho sviluppato una serie di nuove funzioni di costo in grado di superare i limiti delle formulazioni tradizionali e di calcolare i costi interni ed esterni associati ad una generica rete di trasporto su strada. Tali funzioni consentono di ottenere una stima reale del costo totale di trasporto: la loro affidabilità, nonché l’efficacia, sono dimostrate grazie all’applicazione ad una serie di casi reali. Le funzioni sviluppate rappresentano il cuore del modello analitico innovativo. Questo modello, che ho realizzato come obiettivo ultimo della mia ricerca, consente il calcolo dei costi complessivi di trasporto –interni ed esterni– per una qualsiasi rete di distribuzione su strada. A partire da un numero estremamente ridotto di dati in ingresso, il modello è in grado di calcolare il costo totale di trasporto andando a considerare gli specifici vincoli e le variabili associate al determinato percorso distributivo. Si ottengono così da un lato un’effettiva applicabilità delle nuove funzioni di costo, dall’altro una dimostrata affidabilità dei risultati. L’applicazione del modello ad una serie di casi reali conferma, infatti, la validità del modello stesso, il quale calcola un costo operativo assolutamente confrontabile con la tariffa effettivamente pagata al fornitore di trasporto. Tale applicazione, inoltre, mette in luce come i costi totali di trasporto (calcolati come somma di costi operativi ed esterni) eccedano le tariffe attuali. Questo sottolinea come ad oggi esistano alcuni effetti dell’attività di trasporto il cui costo non viene sostenuto da chi genera il trasporto stesso: tali effetti sono imputabili proprio alla componente esterna del trasporto. I costi esterni hanno impatti rilevanti, con un peso che è in media pari al 18% del costo totale di trasporto: essendo così significativi, non possono in alcun modo essere ignorati. Al contrario, identificare strategie che portino alla loro minimizzazione diventa una necessità sempre più urgente. L’applicazione di un’analisi di sensitività ai fattori coinvolti nel calcolo del costo ha reso possibile l’individuazione delle voci più critiche in quanto a conseguenze sul costo finale: si tratta della saturazione del veicolo e della distanza percorsa su strade urbane in condizioni di picco, ovvero di traffico elevato. Sono pertanto questi i fattori più importanti sui quali fare leva nel momento in cui venga sviluppata una strategia di minimizzazione dei costi.