Environmental approach for the design of raw milk collection routes with a heterogeneous fleet

Abstract

This paper focuses on determining the raw milk collection routes with heterogeneous fleet aiming to minimize the average operational emissions of carbon dioxide. The problem is a particular case of the Vehicle Routing Problem (VRP) which considers the variation of emissions in terms of load and distance. Two types of the problem are studied, one in which the routes of the available fleet are optimized, and another which determines the configuration of the fleet and its routes. For solving the problems, an exact method based on a Branch and Bound formulation and a multi-start heuristic based on the Iterated Local Search (ILS) are implemented. Randomly generated instances were implemented inspired by the conditions of the Ubaté-Chiquinquirá dairy region in central Colombia, considered one of the five largest milk producers with the highest daily productivity. The instances have a combination of different factors which are: the location of the processing plant, the farms in clusters, and the number of farms. The analysis reveals that in terms of route design, an environmental approach can produce an increase in the distance traveled by vehicles (up to 60%) while reducing the overall emissions, and also the importance of replacing part of the large and polluting vehicles with smaller vehicles with lower emissions. The results may facilitate decision-making, provide insights for shifting to sustainable approaches in routing problems, and suggest future works. © 2023 The Author(s)

Este trabajo se centra en determinar las rutas de recolección de leche cruda con flota heterogénea con el objetivo de minimizar las emisiones operativas promedio de dióxido de carbono. El problema es un caso particular del Vehicle Routing Problem (VRP) que considera la variación de las emisiones en términos de carga y distancia. Se estudian dos tipos de problema, uno en el que se optimizan las rutas de la flota disponible, y otro que determina la configuración de la flota y sus rutas. Para resolver los problemas, se implementa un método exacto basado en una formulación Branch and Bound y una heurística de inicio múltiple basada en la búsqueda local iterada (ILS). Se implementaron instancias generadas aleatoriamente inspiradas en las condiciones de la región lechera de Ubaté-Chiquinquirá en el centro de Colombia, considerada una de las cinco mayores productoras de leche con mayor productividad diaria. Las instancias tienen una combinación de diferentes factores los cuales son: la ubicación de la planta procesadora, las fincas en conglomerados y el número de fincas. El análisis revela que en términos de diseño de rutas, un enfoque medioambiental puede producir un aumento de la distancia recorrida por los vehículos (hasta un 60%) reduciendo al mismo tiempo las emisiones globales, y también la importancia de sustituir parte de los vehículos grandes y contaminantes por vehículos más pequeños. vehículos con menores emisiones. Los resultados pueden facilitar la toma de decisiones, proporcionar información para cambiar hacia enfoques sostenibles en los problemas de enrutamiento y sugerir trabajos futuros. © 2023 El autor(es)