Modeling an environmentally-extended inventory routing problem with demand uncertainty and a heterogeneous fleet under carbon control policies

Carbon emissions produced by supply chain activities, and in particular by transportation, largely contribute to global warming. In order to tackle the problem, many governments and regulatory authorities have started to implement different carbon control policies, which may directly impact on the decisions of a company. In a traditional inventory routing problem, a supplier determines the optimal vehicles routing and scheduling of deliveries, based on the observed inventory levels of the customers, to minimise the costs of the entire system. This research contributes by modelling the problem taking simultaneously into account the uncertainty in customers demand, a comprehensive emissions model, and a heterogeneous fleet of vehicles. The proposed model is further deployed to address four different of these policies, namely the cap, the carbon tax, the cap-and-trade and the cap-and-offset. Based on a case study, the economic and environmental implications of each different policy are discussed, focusing on the operational decisions of the models.

Le emissioni di anidride carbonica prodotte dalle attività di supply chain, ed in particolare dal trasporto, contribuiscono largamente al surriscaldamento globale. Per affrontare il problema, diversi governi e autorità regolatrici hanno iniziato ad istituire politiche volte al controllo delle emissioni di CO₂, le quali possono influire direttamente sulle decisioni di un’azienda. In un tipico Inventory Routing Problem, il fornitore, basandosi sui livelli di scorte dei clienti, determina la schedulazione ottimale delle consegne e le relative tratte dei veicoli, al fine di minimizzare i costi dell’intero sistema. Il contributo della presente tesi consiste nella modellazione del problema considerando simultaneamente l’incertezza della domanda dei clienti, un modello completo di stima delle emissioni ed una flotta di veicoli eterogenea. Il modello proposto è successivamente modificato per prendere in considerazione quattro differenti politiche di controllo delle emissioni, in particolare il cap, la carbon tax, il cap-and-trade ed il cap-and-offset. Sulla base di un caso studio, le implicazioni economiche e ambientali di ogni politica sono analizzate e discusse, concentrandosi in particolare sulle decisioni operative del modello proposto.