Intelligent Transportation Systems (ITS) supporting Intermodal Freight Transport: an evaluation model for assessing system performance

During the past two decades, studies on intermodal freight transport and Intelligent Transportation Systems (ITS) have been constantly drawing forth a growing research interest. Intermodal transportation processes are particularly critical due to the high number of players involved, requiring constant and timely interactions and information exchange, in order to achieve the integration of different modes of transportation (i.e. road and rail, sea, or air transportation) to handle goods throughout the whole delivery process. Moreover, intermodal freight transport companies are faced with the rapid development of ITS and their benefits for their business process. In this complex scenario, a key success factor of new technologies lies in a deep understanding of what are the most relevant issues and facts to be considered by the transport operators for the use and adoption of Information and Communication Technologies (ICT) in their business processes. Because of a lack of such understanding, the uptake of recent ICT benefits in the intermodal freight transport arena seems slow and current applied ITS studies are limited in the investigation of what constrains the acceptability of ITS in this domain. In addition, the capability and skills of the management largely affects how intermodal freight terminals perceive the potential benefits of the adoption of ICT. An intermodal terminal manager must be able to assess the impact of new technologies on their intermodal freight terminals’ performance, especially on loading and unloading processes as they are the major cost factor. Also, as sustainability issues have received increasing attention recently, the managers should be able to evaluate and assess the role of ITS in increasing the sustainability performance of their terminals. This aspect has not so far been investigated in depth and its impact is largely unknown, as traditional ITSs are being developed and applied to solve problems such as managing loading and unloading operations in order to maximize a performance function usually focused on cost-based indicators. Yet, their impact also affects social and environmental indicators. This thesis work is structured in two phases to cover the aforementioned gaps. In the first phase, by analyzing the different Information Systems (IS) theories and the literature review, a set of potential indicators that could impact the acceptance of ITS is identified. Then, in order to validate and prioritize the most important and relevant indicators, from organizational, managerial, and environmental perspectives, questionnaires have been issued and an analytic hierarchic process (AHP) has been used to analyse and rank the indicators based on the user preferences and opinions. From the surveyed experts’ opinions reveal that “Top management support, competitive pressure and Technology value return” are the most effective factors for intermodal companies to adopt ICT technologies. Then, this emerges in the application of Technology adoption theories to investigated the adoption process and in the idea of assess sustainability of ITS solutions using a three bottom line sustainability (3BL) approach, which was not done yet. This integrated model, based on a hybrid discrete event- system dynamics simulation model of a generic intermodal freight terminal, was designed and implemented using Anylogic software. It consists of an overall system dynamics (SD) model, which measures the performance of an intermodal freight terminal, computing the indicators identified during the first phase; the SD model is in turn fed by a number of discrete event simulations for selected operational and tactical functions. In other words, the impact of the decisions at the operational elements (e.g. using ITS solutions, making investments on buying equipment) is analyzed at the management level to understand the effect of them on social, economic and environmental sustainability aspects. This thesis contributes to the academic community and to practitioners by suggesting that the extent of ITS adoption not only is determined simply by the characteristics of the technology itself, but it also depends on other factors related to the internal organization and the external environment. In addition, terminal managers to evaluate the opportunities and trade-offs involved in the technological choices they make can use the comprehensive assessment model for not inhibiting ICT adoption.

Negli ultimi due decenni, gli studi sul trasporto merci intermodale e sui sistemi di trasporto intelligenti (ITS) hanno costantemente attirato un crescente interesse di ricerca. I processi di trasporto intermodale sono particolarmente importanti a causa dell'elevato numero di operatori coinvolti, che richiedono interazioni e scambi di informazioni costanti e tempestive. Ciò al fine di ottenere l'integrazione di diverse modalità di trasporto (ad esempio trasporto stradale e ferroviario, marittimo o aereo) per gestire le merci durante l'intero processo di consegna. Le aziende di trasporto merci intermodale si trovano a fronteggiare la sfida del rapido sviluppo degli ITS e dei vantaggi pe la gestione aziende che derivano dal loro utilizzo. In questo scenario complesso, un fattore chiave di successo degli ITS risiede in una profonda comprensione di quali sono i problemi più rilevanti che devono essere considerati dagli operatori di trasporto per un utilizzo delle tecnologie dell'informazione e della comunicazione (TIC) nei loro processi aziendali. A causa della mancanza di tale comprensione, l'adozione dei TIC nel settore del trasporto merci intermodale sembra lenta e gli studi sugli ITS sono pochi. Inoltre, la capacità e le competenze del management incidono in larga misura sul modo in cui le imprese che gestiscono terminal merci intermodali percepiscono i potenziali benefici dell'adozione delle TIC. Un gestore di terminal intermodale deve essere in grado di valutare l'impatto delle nuove tecnologie sulle prestazioni dei loro terminal merci intermodali, in particolare sui processi di carico e scarico in quanto sono il principale fattore di costo. Inoltre, poiché l’importanza dei problemi legati alla sostenibilità stanno avendo una sempre maggiore importanza, i manager dovrebbero essere in grado di valutare e stimare il ruolo degli ITS nell'incremento delle prestazioni sostenibili dei loro terminali. Questo aspetto non è stato finora studiato approfonditamente e il suo impatto è in gran parte sconosciuto. Infatti, gli ITS tradizionali vengono applicati per risolvere problemi quali la gestione delle operazioni di carico e scarico al fine di massimizzare una funzione di performance solitamente incentrata su indicatori basati sui costi. Tuttavia, il loro impatto riguarda anche gli indicatori sociali e ambientali. Questo lavoro è strutturato nelle due seguenti fasi. Nella prima fase, analizzando le diverse teorie sui sistemi informativi (IS) e la relativa letteratura, sono stati identificati un insieme di potenziali indicatori che potrebbero influire sull'accettazione degli ITS. Quindi, al fine di validare e dare priorità agli indicatori più rilevanti che riflettono diverse prospettive (organizzative, gestionali e ambientali), è stata realizzata una indagine con questionario i cui dati sono stati analizzati con la tecnica AHP (Analytical Hierarchical Process). Ciò permesso di analizzare e classificare gli indicatori in base alle preferenze e alle opinioni dell'utenza. In base all’opinione di un panel di esperti è emerso che "il supporto al top management, la pressione competitiva e il ritorno del valore tecnologico" sono i fattori più incisivi per le imprese intermodali che adottano le tecnologie ICT. Questo è quanto emerge dall'applicazione delle teorie sull'adozione della tecnologia per indagare il processo di adozione e di valutare la sostenibilità delle soluzioni ITS usando un approccio 3BL (three-line sustainability). Questo modello integrato è stato progettato e implementato utilizzando il software Anylogic. Esso consiste in un modello basato sulla teoria della dinamica di sistema (SD), che misura le prestazioni di un terminal merci intermodale, calcolando gli indicatori identificati durante la prima fase. Il modello SD viene a sua volta alimentato da una serie di simulazioni di eventi distinti per funzioni operative e tattiche selezionate. In altre parole, l'impatto delle decisioni sugli elementi operativi (ad esempio utilizzando soluzioni ITS, facendo investimenti sull'acquisto di attrezzature) viene analizzato a livello gestionale per comprenderne l'effetto sugli aspetti di sostenibilità sociale, economica e ambientale. Questa tesi contribuisce al dibattito scientifico e fornisce una serie di indicazioni per il management delle imprese intermodali. In particolere, viene suggerito che l’aumento nell'adozione di ITS non è solo determinata dalle caratteristiche della tecnologia stessa, ma dipende anche da altri fattori legati all'organizzazione interna e all'ambiente esterno. Inoltre, i gestori dei terminal per valutare le opportunità e i trade-off coinvolti nelle scelte tecnologiche, possono utilizzare il modello di valutazione proposto in questo lavoro.