Optimization of driver work schedule to perform a specified volume of intercity freight transportation

Abstract

Розглянуто глобальну проблему дефіциту водіїв для автомобільних перевезень вантажів. Один з перспективних напрямів уникнення цього браку трудових ресурсів – удосконалення логістики виконання замовлень для сукупності вантажівок і водіїв, які ними керують. У дослідженні запропоновано відкинути усі обмеження на організацію роботи водіїв, крім тих, які встановлені регламентом Європейського Союзу 561/2006, що впливають на втому і безпеку дорожнього руху. Об’єктом дослідження є розклад роботи водіїв під час виконання заданого обсягу міжміських перевезень вантажів. Предметом дослідження є вплив методів організації праці та взаємодії водіїв на досягнення мінімальної необхідної їх чисельності за умови вчасного виконання заданого обсягу замовлень і дотримання регламентів ЄС 561/2006. Запропоновано, зокрема, відмовитись від закріплення водіїв за транспортними засобами, запровадити змінний метод, а початок і завершення зміни кожного водія призначити в пунктах завантаження і розвантаження вантажів. У такому випадку зростає складність методики розроблення активного розкладу, адже потрібно врахувати організаційну взаємодію водіїв на маршрутах. Водії отримують можливість передавати один одному транспортні засоби, виконувати комбіновані завдання, але відпочивати лише після завершення зміни без порушення регламентів 561/2006. Так робочий час водіїв використовується ефективніше. Задача побудови розкладів є, в такому разі, NP складною і її точний та гарантований розв’язок не завжди доступний. Однак для пошуку такого розв’язку в дослідженні застосовано модифікований метод впорядкування змішаних диз’юнктивних графів. Одна із модифікацій полягає у тому, що поле можливих розв’язків обмежене операціями на допоміжному графі, який використовується в методиці. Структура допоміжного графа залежить від кількості водіїв, яких можна залучити до перевезень. Хроматичне число допоміжного графа не повинно бути більшим, ніж задана максимальна кількість водіїв. Ще одна модифікація стосується підготовки змісту й переліку дуг основного графа. Дуги сформовані з урахуванням ранніх можливих початків і пізніх завершень перевезень. Із цими змінами вдалось розробити евристичний алгоритм упорядкування графа й отримати гарантований оптимум. Алгоритм застосовано для тестової моделі виконання перевезень за різної кількості водіїв і різних варіантів обмежень їхньої роботи. Показано, що за різних умов можна досягти різної ефективності виконання замовлень, застосувати мінімальну кількість персоналу. Завдяки запропонованому методу можна скоротити необхідну кількість водіїв, щонайменше на 7 % порівняно з чинною організацією їхньої праці, тобто без змінного методу, закріплених пунктів перебування водіїв. Практична цінність запропонованої методики і відповідного алгоритму полягає у тому, що їх можна успішно застосовувати в діяльності автомобільних вантажних перевізників для часткового вирішення проблеми браку трудових ресурсів. Результати демонструють можливість так організувати працю і відпочинок обмеженої кількості найманих водіїв, що вони зможуть виконати на 24 % замовлень більше за той самий фонд часу, і при цьому їм буде забезпечена дозволена максимальна тривалість керування вантажівками і мінімальна тривалість змінного і міжзмінного відпочинку.The article is devoted to the global problem of driver shortages in road freight transportation. One promising way to mitigate this labour shortage is to enhance the logistics of order fulfilment for the fleet of trucks and the drivers who operate them. This study proposes to discard all restrictions on the organization of work for drivers, except those established by European Union Regulation 561/2006, which affect fatigue and road safety. The object of the study is the work schedule of drivers while performing a given volume of intercity cargo transportation. The subject of the study is the influence of methods of work organization and driver interaction on achieving the minimum required number of drivers, provided that the given volume of transportation orders is completed on time and in accordance with EU Regulation 561/2006. In particular, it is proposed to abandon the assignment of drivers to vehicles and introduce a variable method, with the beginning and end of each driver’s shift coinciding with the points of loading and unloading of goods. In this case, the complexity of the active schedule development methodology increases, as it is necessary to consider the organizational interactions of drivers on routes. Drivers are given the opportunity to transfer vehicles to each other and perform combined tasks. However, at the same time, they can rest only at the end of the shift without violating regulations 561/2006. Thus, the drivers’ working time is used more efficiently. The task of building schedules is, in this case, NP-complex and its exact and guaranteed solution is not always available. However, the study used a modified method of ordering mixed disjunctive graphs to find such a solution. One of the modifications is that the field of possible solutions is limited by operations on the auxiliary graph used in the methodology. The structure of the auxiliary graph depends on the number of drivers who can be involved in transportation. Thus, the chromatic number of the auxiliary graph should not be greater than the specified maximum number of drivers. Another modification concerns the preparation of the content and the list of arcs of the main graph. The arcs are formed taking into account the early possible beginnings and late completions of transportation. It became possible to develop a heuristic algorithm for ordering the graph and obtain a guaranteed optimum with these changes. The algorithm was applied to a test model of transportation performance with different numbers of drivers and different options for limiting their work. It was demonstrated that under different conditions, it is possible to achieve varying efficiencies of order fulfilment, to use the minimum number of personnel. Thanks to the proposed method, it is possible to reduce the required number of drivers by at least 7 % compared to the current organization of their work, that is, without a variable method, fixed points of stay of drivers. The practical value of the proposed methodology and the corresponding algorithm lies in their ability to be successfully applied in the activities of road freight carriers, thereby partially addressing the problem of labour shortage. The results demonstrate the possibility of organizing the work and rest of a limited number of hired drivers in such a way that they will be able to complete 24 % more orders in the same amount of time,while ensuring the maximum permitted duration of their truck driving and the minimum duration of shift and inter-shift rest.