Design of urban distribution systems using public transport services
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2024
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El crecimiento de las ventas con entrega a domicilio ocasiona mayores retos para las operaciones de la última milla. Las consecuencias de no consolidar las entregas en un solo lugar implican (i) mayores costos de distancia debido a la dispersión geográfica de los clientes, (ii) menor eficiencia debido a que los clientes requieren recibir sus entregas lo más rápido posible, ocasionando mayor flota y viajes de vehículo de última milla. Como resultado, aumentan los niveles de congestión y contaminación en las ciudades. Mundialmente, la tasa de crecimiento del comercio electrónico ha sido de un 23 por ciento en los últimos cinco años anteriores a 2021 (Statista, 2023b). En Chile, dicha tasa es del 31 por ciento (Statista, 2023a), siendo alrededor del 87 por ciento entregas con destino a domicilio (Statista, 2022). A su vez, la operación en la última milla es muy difícil con el aumento de la congestión, en especial cuando las entregas son sensibles al tiempo. En Santiago de Chile, producto a la congestión, los tiempos de viaje han sido en promedio entre 38 y 48 por ciento más largos en comparación con condiciones sin tráfico (Galetovic, 2006). Los tiempos de viaje no parecen mejorar por el incremento de vehículos en la ciudad (Zegras, 2010). Otro fenómeno que impacta en la eficiencia de la última milla, es la tendencia mundial a reubicar los centros logísticos cada vez más lejos de los centros de consumo urbano. Este efecto ocasiona un aumento de la distancia y por ende los tiempo de viaje hacia los consumidores, ocasionando mayores costos de transporte y tráfico en zonas residenciales (Dablanc & Rakotonarivo, 2010). En esta tesis doctoral, analizamos un sistema de distribución a dos niveles en colaboración con los servicios de transporte público como alternativa para mejorar la eficiencia y reducir los costos asociados a las entregas a domicilio. El uso de servicios de transporte público en el primer nivel hasta determinadas paradas designadas puede ayudar a evitar el tráfico urbano por el acceso que tienen muchos de estos servicios a vias prioritarias, al mismo tiempo que se aprovechan eficientemente una red de transporte público existente. Posteriormente, una vez dentro de las áreas urbanas, se pueden utilizar vehículos de última milla más pequeños para cubrir la distancia restante desde las paradas de servicio de transporte público hasta los clientes finales. El objetivo general de esta tesis doctoral es evaluar bajo qué escenarios de demanda en cuanto a densidad de entregas, oferta de transporte público y servicios de entrega, la integración del transporte público en la logística urbana permite reducir los costos de distribución frente a enfoques tradicionales como los sistemas de envío directo. Esta tesis doctoral presenta una metodología para evaluar los beneficios de este esquema integrado desde la perspectiva del proveedor logístico, y desde un enfoque de planificación estratégica. Desarrollamos modelos matemáticos de programación lineal entera mixta que representan el problema de ubicar las estaciones de transferencias en paraderos, con el objetivo de minimizar los costos operativos de última milla. La tesis doctoral aporta ideas sobre como diseñar la red de estaciones de transferencia, a partir de modelos analíticos y matemáticos. Curiosamente, nuestros modelos analíticos se alinean con nuestro modelo matemático de programación lineal entera y ofrecen valiosas aportes sobre las decisiones estratégicas de localización para el uso de una ruta de transporte público y eligiendo una estación de transferencia. Realizamos un amplio análisis de sensibilidad para una topología de red de transporte público de una sola ruta de servicio y una ruta de servicio bifurcada. Para esta última topología, aprovechamos métodos de aproximación continua para estimar los costos de ruteo con el fin de centrarnos en un análisis a mayor escala. En base al modelo matemático y el enfoque de solución, realizamos un caso de estudio experimental que considera información precisa sobre los servicios de transporte público y los tiempos de viaje dentro de la ciudad de Santiago de Chile. Estimamos el funcionamiento de las entregas de comercio electrónico basándonos en datos de la ciudad. En todos nuestro análisis, evaluamos los ahorros de este sistema integrado en comparación con el caso de distribuir sin usar los servicios de transporte público. Tras un exhaustivo análisis de sensibilidad, la tesis doctoral destaca las condiciones más aconsejables para involucrar al transporte público en las entregas de última milla. Verificamos que planificar eficientemente la ubicación de estaciones posibilita lograr ahorros con respecto a entregar directo desde el centro de distribución, de alrededor de un 7 por ciento en condiciones de flexibilidad de los tiempos de entrega. Dichos ahorros están directamente relacionados a la operación del transporte público en condiciones de plazos ajustados. En general, los resultados sugieren que el uso de una red de tránsito segregada del tráfico urbano congestionado en parte del trayecto podría permitir contrarestar los elevados costos de los pequeños envíos que requieren entregas rápidas a domicilio. Sin embargo, antes de emprender este nuevo esquema de colaboración, es esencial evaluar en profundidad los costos por uso del transporte público. En nuestros análisis hemos ignorado estos costos, ya que éstos dependen de una negociación y de un análisis costobeneficio por parte de ambos operadores. No obstante, analizamos una cota inferior de los costos de operar estos sistemas que sirve como punto de partida para orientar el proceso de implementación de un sistema de colaboración con el transporte público en las ciudades.
Description
Tesis (Doctor in Engineering Sciences)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2024