Modelli e metodi per l’ottimizzazione delle risorse nei servizi: approfondimenti su gestione dei rifiuti e rifornimento di contante negli sportelli automatici

Nowadays, it is fundamental for companies to invest in the use of digital technologies to provide new revenue and value-producing opportunities or even change their business model. Data analytics, Engineering Economics and Operations Research are the means to move from data to information and then from information to insights for decision making, thus taking full advantage of the opportunities enabled by the digitalization of the business processes. The research is focused on case studies derived from real business cases, principally taken from the activities of Iren Group spa, a large multi-utility company. In these case studies, the use of mathematical models and heuristic algorithms can make it possible to optimize the usage of resources and to lead to high-quality data-driven decisions. The focus of the thesis is mainly on Vehicle Routing Problems (VRP) and on the application of Operations Research in waste management, where resource optimization can have positive effects on both companies and public budgets, and more generally in services aimed at the community, like those related to cash availability. The first part of the thesis presents an Automated Teller Machine (ATM) cash replenishment problem involving Population Coverage Requirements (PCRs) in the Netherlands. A compact formulation and an efficient tour-splitting metaheuristic are proposed and tested on real-life data and on newly generated instances, whose results are then analysed. The second part presents an application of a Rollon-Rolloff Vehicle Routing Problem (RRVRP) arising at Iren Ambiente, a subsidiary of Iren Spa. Compared to other RRVRP applications, the proposed problem presents peculiar characteristics that has been modeled in a Mixed Integer Program. This has been successfully solved through an Iterated Greedy algorithm. Results on real case instances show that relevant cost reduction can be obtained with limited computational effort. The third part presents a Waste Bin Location Problem regarding the optimal location of computerized community bins called Ecostations to support the kerbside waste collection in a Pay-As-You-Throw context. The model has been tested on real-life instances from Iren Ambiente and the results, together with a visual representation of the solutions, made it possible to evaluate a possible change of approach in Ecostations location.

Al giorno d’oggi è fondamentale per le aziende investire nell’uso delle tecnologie digitali per fornire nuove opportunità di guadagno e di produzione di valore o addirittura cambiare il proprio modello di business. L'analisi dei dati, l'Engineering Economics e la Ricerca Operativa sono gli strumenti per passare dai dati alle informazioni e ricavare da queste intuizioni utili al processo decisionale, sfruttando così appieno le opportunità offerte dalla digitalizzazione dei processi aziendali. L'attività di ricerca si è concentrata su casi studio aziendali reali, principalmente tratti dalle attività del Gruppo Iren spa, grande azienda multi-utility. In questi casi di studio, l’uso di modelli matematici e algoritmi euristici può consentire di ottimizzare l’utilizzo delle risorse e portare a decisioni di alta qualità basate sui dati. Il focus della tesi è principalmente sui Vehicle Routing Problems (VRP) e sull'applicazione della Ricerca Operativa alla gestione dei rifiuti, dove l'ottimizzazione delle risorse può avere effetti positivi sia sulle aziende che sui bilanci pubblici, e più in generale ai servizi rivolti alla collettività, come quelli necessari a garantire la disponibilità di denaro contante. La prima parte della tesi presenta un problema di rifornimento di contanti dei bancomat (ATM) con livelli minimi di servizio basati su requisiti di copertura della popolazione (PCR) nei Paesi Bassi. Una formulazione compatta e un'efficiente metaeuristica vengono proposte e testate su dati reali e su istanze sintetiche appositamente generate, i cui risultati vengono poi analizzati. La seconda parte presenta un'applicazione di un Rollon-Rolloff Vehicle Routing Problem (RRVRP) presso Iren Ambiente, società controllata da Iren Spa. Rispetto ad altre applicazioni RRVRP, il problema proposto presenta caratteristiche peculiari tradotte in un modello di programmazione lineare misto-intero. Questo è stato poi risolto con successo attraverso un algoritmo di tipo Itered Greedy. I risultati ottenuti su casi reali mostrano che una notevole riduzione dei costi può essere raggiunta con uno sforzo computazionale limitato. La terza parte presenta un problema di localizzazione ottimale di contenitori comunitari computerizzati, chiamati Ecostation, per supportare la raccolta dei rifiuti porta a porta in un contesto di tariffazione puntuale. Il modello derivante è stato testato su casi reali da Iren Ambiente ed i risultati, insieme ad una rappresentazione visiva delle soluzioni, hanno permesso di valutare un possibile cambio di approccio nella localizzazione delle Ecostation.