Logistics 4.0 : assessing the benefits of smart keys in last mile deliveries

The application of the Industry 4.0 paradigm to the logistic processes brought to the concept of “Logistics 4.0”. In the last years, logistics was characterized by a profound digital transformation that derives from the interplay of operation and information technologies, the so-called “smart technologies”. Among the processes interested by this transformation, there is the last mile delivery. Given its inefficiency and relevance on the transportation cost, several smart technologies have been applied such as land local delivery robots, drones and smart keys. The smart key is the least addressed in literature, despite the potentialities it could have in home delivery. Thus, the scope of this thesis is assessing the benefits that couriers may gain from serving customers with smart key. To achieve this ultimate goal, the study was divided in three phases. At first, a mathematical model describing how the routing is affected by the presence of customers with smart key was developed. This model, called VRPSK (vehicle routing problem with smart key) is a revised version of the VRP with soft time windows, in which distances are minimized and the probability of successful delivery is optimized. In the second phase of the study, the model was applied running a simulation, which reproduces the daily delivery routing in a real district of Milan. Results prove that smart key is a valid technology: in comparison to traditional home delivery, the expected number of missed deliveries and the cost per successful delivery (CPSD) decrease with the increase of smart key adoption. In particular, a saving of more than 10% on the CPSD is recorded in the best scenario in which all the clients own the smart key. Significant savings are gained also in more realistic scenarios: when the 25% of consumers are equipped with smart key, the reduction in CPSD is -3.15%. The third phase of the study is a sensitivity analysis performed to confirm the model robustness and identify the most suitable application context. Findings reveal that smart key could be leveraged at its best in areas where the population density is similar to the average one of the Italian cities with more than 60000 inhabitants.

L’applicazione del paradigma Industria 4.0 ai processi logistici ha condotto alla nascita della “Logistica 4.0”. Negli ultimi anni, la logistica ha subito una profonda trasformazione digitale derivata dall’interazione di tecnologie operative e dell’informazione, le cosiddette “smart technologies”. La logistica di ultimo miglio è uno dei processi interessati da questa trasformazione. Date la sua inefficienza e rilevanza sul costo di trasporto, diverse smart technologies sono state applicate, come i robot per la consegna a domicilio, i droni e le smart keys. La smart key è la meno approfondita nella letteratura, nonostante le potenzialità che potrebbe avere nella consegna a domicilio. A tal proposito, questa tesi mira a valutare i benefici ottenibili dai corrieri nel servire consumatori dotati di smart key. Per riuscire nell’intento, lo studio è stato suddiviso in tre fasi. Dapprima, è stato formulato un modello matematico che tenga conto della variazione del percorso di consegna alla presenza di consumatori con smart key. Tale modello, rinominato VRPSK (vehicle routing problem with smart key), è una versione rivisitata del VRP con time window soft, in cui vengono minimizzate le distanze e ottimizzata la probabilità di successo della consegna. Nella seconda fase, il modello è stato applicato conducendo una simulazione, che riproduce il percorso giornaliero di consegna in un quartiere di Milano. I risultati rivelano che, rispetto alla consegna tradizionale a domicilio, il numero previsto di consegne fallite e il costo per singola consegna di successo (CPSD) diminuiscono all’aumentare dell’adozione della smart key. In particolare, si registra un risparmio di oltre il 10% sul CPSD nello scenario migliore, in cui tutti i clienti possiedono la smart key. Risparmi considerevoli vengono registrati anche negli scenari più realistici: quando il 25% dei consumatori è dotato di smart key, la riduzione del CPSD è del -3,15%. La terza fase dello studio è un’analisi di sensitività che testa la solidità del modello. Dagli esiti, la smart key risulta più vantaggiosa in un’area la cui densità abitativa è simile a quella mediamente registrata nelle città italiane con più di 60000 abitanti.