Implementation of a fleet arrangement algorithm for Fondazione FS case study

This thesis is the report of a working experience with Fondazione FS Italiane, a rail transport company that was created in 2013 with the purpose to have an organization carrying the historical rail activities, in particular the historical train trips. Fondazione FS operates along the whole national territory and it has an asset of more or less 200 vehicles, that are assigned to 23 depots. Obviously, the services could take place in every location, and that means that the rolling stock must be transferred from the depot to the locations where the train start effectuating their service. Currently, the arrangement of the fleet in the depots and the assignment of the work shifts to the vehicles is done totally by hand and that has caused several km of transfer that have been covered in the past years. Fondazione needs to have an algorithm that optimizes the rolling stock in the depots and minimizes these km. In chapter 1 and 2 Fondazione FS is presented and all the working conditions (asset, depots and restrictions) are exposed. In chapter 3 some literature resources are presented and some examples of software are reported and then it is explained why they were not totally suitable for this case study. In chapter 4 an attempt of an handcrafted solver is made for the steam locomotives, before with Excel and then with Matlab, but a simple calculation demonstrated why it is impossible to implement it without more precise algorithm. In chapter 5 a totally different kind of algorithm is created: it doesn’t work as an optimizer, but it builds a solution with the principle of putting more rolling stock where there is more request. The code, that has been developed for the diesel locomotives, is explained (and exposed integrally in the appendix). Eventually, in chapter 6 the algorithm has been tested for some scenarios and a brief evaluation about the reliability and the availability of the rolling stock has been made.

La tesi è il resoconto di un’esperienza lavorativa con Fondazione FS, una compagnia di trasporto ferroviario creata nel 2013 con lo scopo di avere un’organizzazione che si occupasse esclusivamente delle attività ferroviarie storiche, in particolare dei viaggi in treno storico. Fondazione FS opera su tutto il territorio nazionale e possiede una flotta di circa 200 mezzi, assegnati a 23 depositi. Naturalmente i treni possono avere luogo in qualsiasi località e questo significa che il materiale rotabile deve essere trasferito dal deposito al quale è assegnato alla località dalla quale il treno inizia a effettuare il servizio. Attualmente, la disposizione del materiale rotabile nei depositi e l’assegnazione dei turni macchina sono svolte in maniera totalmente manuale e questo ha causato l’effettuazione di molti km di trasferimento a vuoto. Fondazione FS necessita di un algoritmo che ottimizzi la disposizione del materiale rotabile nei depositi allo scopo di minimizzare proprio questi trasferimenti. Nei capitoli 1 e 2 Fondazione FS viene presentata, insieme alle condizioni di lavoro (materiale rotabile, depositi e limitazioni alla circolazione). Nel capitolo 3 vengono esposte alcune risorse di letteratura ed è mostrato un esempio di software, ma in seguito si spiega come mai questi esempi non sono adatti a questo caso specifico. Nel capitolo 4 viene descritto un tentativo di creare un risolutore artigianale, dapprima con Excel e, in seguito, con Matlab, ma un semplice calcolo dimostra come sia, in pratica, impossibile risolvere questo problema senza algoritmi più precisi. Nel capitolo 5 viene creato un algoritmo completamente diverso, che non funziona come un ottimizzatore, ma costruisce una soluzione basandosi sul principio di porre più materiale rotabile laddove vi è più richiesta. Il codice è stato sviluppato per le locomotive diesel ed è riportato integralmente in appendice. Infine, nel capitolo 6, il codice viene testato in alcuni scenari, con una breve valutazione di affidabilità e disponibilità delle locomotive.