Mεθοδολογικό πλαίσιο διαχείρισης και βελτιστοποίησης αυτόνομων οχημάτων σε εφοδιαστικές αλυσίδες με χρήση εργαλείων βιομηχανικής πληροφορικής

Abstract

Internationalization of markets along with sustainability concerns stemming from regulatory schemes, business stakeholders and consumers’ environmental awareness underpin the adoption and exploitation of flexible and automated systems across supply chain (SC) operations. To that end, Automated Guided Vehicles (AGVs) and their offspring, Intelligent Autonomous Vehicles (IAVs) are being integrated into existing manufacturing systems as they provide a range of benefits across economic, environmental and social sustainability dimensions, including (i) increased productivity, labor cost savings, (ii) reduced energy consumption and emissions, and (iii) enhanced safety. Moreover the Internet of Things (IoT) paradigm enables interconnection, intercommunication and interaction among SC actors that allow for the dynamic management of global network operations, hence promoting digital transformations in a cradle-to-grave perspective. Nowadays, owing to the technological innovations, IAVs are characterized by inherent business logic and the technical capability to sense and autonomously interact with the surrounding environment in a manner that promotes reduced emissions, rational economic expenditure and increased societal benefits such as improved safety and accessibility. To that end, under the IoT umbrella, IAVs constitute a radical innovation that could assist in the efficient management of production lines, handling of warehouse inventories and supporting intra- and inter-logistics services in a gamut of economic sectors, including port container terminals, agriculture, healthcare, and industrial manufacturing. This thesis is focused on the incorporation of IAVs into the Sustainable Supply Chain ecosystem. IAVs are generally related to significant fixed capital investment costs; nevertheless, IAVs provide a greater economic potential due to their lower maintenance expenditure compared to conventional vehicles and their capability to function on a 24/7 basis with minimum labor cost and human intervention. Additional cost savings derive from the associated improved safety and the resultant reduction in accidents, both for vehicle drivers and for pedestrian workers, as, for instance, forklift accidents occur at a frequency of one per three days. Labor cost savings, except for the reduction of overtime labor payments, are also promoting cost savings. Furthermore, efficient and effective use of IAVs increases productivity in logistics operations and extends the service level of the entire SC. The environmental sustainability ramifications of IAVs in SC operations are more evident and basically relate to reduced energy consumption, specifically in the case of electric-powered IAVs. The distinct contribution of IAVs refers to the social impact and the improvement of human safety. The use of manual forklifts in logistics is considered among the most frequent causes of accidents, and to that end, the creation of ergonomic workplaces where people can cooperate and interact with machinery, the creation of skilled jobs, and the use of IAVs in hazardous environments are also considered in this context. Overall, the proven capability of IAVs to secure sustainable performance in a SC context at strategic, tactical and operational levels motivates novel research in the field. However, the sustainability ramifications of IAVs in a SC management context receive disparate attention and are only myopically tackled, while grounded theories that ratify and support the elaboration of IAVs systems in a cradle-to-grave network perspective do not yet exist.

Η διείσδυση της πληροφορικής σε όλους τους τομείς της εφοδιαστικής αλυσίδας (Supply Chain - SC) τόσο σε επίπεδο λογισμικού (software) όσο και επίπεδο υλικού (hardware) είναι αναπόφευκτη σε μια εποχή που χαρακτηρίζεται από τη ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας. Η άμεση διάχυση της πληροφορίας σε όλα τα επίπεδα των λειτουργιών της εφοδιαστικής (logistics) θεωρείται πλέον αυτονόητη και είναι σε θέση ακόμα και να καθοδηγήσει τη ζήτηση, προωθώντας το διαθέσιμο απόθεμα σε ελκυστικές τιμές, να μειώσει τα αποθέματα και τελικά να αυξήσει το κέρδος. Σε αυτό το πλαίσιο η χρήση του διαδικτύου των αντικειμένων (Ιnternet of Things - IoT) όπου κάθε συσκευή είναι σε θέση να αποκτήσει φυσική παρουσία στο διαδίκτυο και με τη χρήση του κατάλληλου λογισμικού να αλληλεπιδράσει με άλλες οντότητες και να λάβει αποφάσεις, δημιουργεί μια νέα δυναμική στο χώρο της εφοδιαστικής. Τα δεδομένα δεν είναι απαραίτητο να καταχωρηθούν απευθείας από τον άνθρωπο αλλά δημιουργούνται εντός της εφοδιαστικής αλυσίδας κυρίως μέσω αισθητήρων και γίνονται αντιληπτά από οντότητες που λειτουργούν στον περιβάλλοντα χώρο, ώστε να καταχωρηθούν, είτε άμεσα είτε μετά από κατάλληλη επεξεργασία, στο πληροφοριακό σύστημα. Ο μεγάλος όγκος των δεδομένων βρίσκεται στο υπολογιστικό νέφος (cloud) και είναι διαθέσιμος προς επεξεργασία (cloud computing). Η προστιθέμενη αξία σε όλο το δίκτυο της ψηφιακής, πλέον, εφοδιαστικής αλυσίδας (Digital SC) παρέχεται από τη διαχείριση του μεγάλου όγκου των δεδομένων και την εξαγωγή συμπερασμάτων και πληροφοριών (big data analytics). Η ψηφιακή εφοδιαστική αλυσίδα έχει πλέον αυξημένες ανάγκες για χρήση υπολογιστικών υποδομών και προτύπων καθώς και για τη χρήση διασυνδεμένων συσκευών και οντοτήτων σε όλα τα επίπεδα (πρώτη ύλη, παραγωγή για δημιουργία του προϊόντος, αποθήκευση, διανομή, κατανάλωση). Σε αυτό το πλαίσιο εξελίχθηκε και η 4η φάση της βιομηχανική επανάστασης που συνδέεται άρρηκτα με την εξέλιξη της πληροφορικής, το διαδίκτυο των αντικειμένων, τη συνεχή δημιουργία δεδομένων στο υπολογιστικό νέφος την επεξεργασία των δεδομένων για τη δημιουργία ωφέλιμων πληροφοριών και την εξαγωγή συμπερασμάτων που θα δώσουν ανάδραση σε ευέλικτες δομές παραγωγής και θα δρομολογήσουν κατά παραγγελία παραγωγή προϊόντων, σε μικρές παρτίδες και με μεγάλη διαφοροποίηση. Η παρούσα διατριβή εστιάζει αφενός στις βιώσιμες (οικονομικό, περιβαλλοντικό, κοινωνικό επίπεδο) εφοδιαστικές αλυσίδες (sustainable supply chains) στο παγκοσμιοποιημένο περιβάλλον και στον τρόπο βελτιστοποίησης της απόδοσής τους μέσω της χρήσης τεχνολογιών πληροφορικής και αφετέρου στην ενσωμάτωση των αυτόνομων οχημάτων στην εφοδιαστική αλυσίδα για δημιουργία αξίας. Στόχος της διατριβής είναι η παρουσίαση μιας ολοκληρωμένης προσέγγισης στη μελέτη και το σχεδιασμό της σύγχρονης βιώσιμης εφοδιαστικής αλυσίδας που θα υιοθετεί αυτόνομα οχήματα και τεχνολογίες πληροφορικής για τη λήψη αποφάσεων. Μέσω της εστιασμένης έρευνας αναπτύσσεται το θεωρητικό πλαίσιο της διατριβής, προτείνεται η αρχιτεκτονική σχεδίαση λύσεων και η μεθοδολογία ενσωμάτωσης και κατόπιν παρουσιάζονται εργαλεία πληροφορικής για την υποστήριξη της λήψης απόφασης που είναι σε θέση να εφαρμοστούν άμεσα σε πραγματικό περιβάλλον και σε διεπιστημονικά επίπεδο.