[논문 리뷰] Fighting the E-commerce Giants: Efficient Routing and Effective Consolidation for Local Delivery Platforms

Albert H. Schrotenboer, Michiel A.J. uit het Broek외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 08. 28.

Urban and Freight Transport Logistics참고 문헌 27인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 동적 지역 배송 플랫폼에서 주문 통합과 배송 급박성의 균형을 맞추기 위해 컬럼 생성을 활용한 이중 매개변수 Cost-Function Approximation(CFA)을 제안한다. 기준 대비 고객 만족도를 크게 향상시키고, 지각 배송과 이동 시간을 감소시키며, 다양한 시스템 조건에서도 안정성을 유지한다.

ABSTRACT

Local delivery platforms are collaborative undertakings where local stores offer instant-delivery to local customers ordering their products online. Offering such delivery services both cost-efficiently and reliably is one of the main challenges for local delivery platforms, as they face a complex, dynamic, stochastic dynamic pickup-and-delivery problem. Orders need to be consolidated to increase the efficiency of the delivery operations and thereby enable a high service guarantee towards the customer and stores. But, waiting for consolidation opportunities may jeopardize delivery service reliability in the future, and thus requires anticipating future demand. This paper introduces a generic approach to balance the consolidation potential and delivery urgency of orders. Specifically, it presents a newly developed parameterized Cost-Function Approximation (CFA) approach that modifies a set-packing formulation with two parameters. This CFA approach not only anticipates future demand but also utilizes column generation to search the large decision space related to pickup-and-delivery problems fast. Inspired by a motivating application in the city of Groningen, the Netherlands, numerical experiments show that our CFA approach strongly increases perceived customer satisfaction while lowering the total travel time of the vehicles compared to various benchmark policies. Furthermore, our CFA also reduces the percentage of late deliveries, and their lateness, to a minimum. Finally, our approach may assist managers in practice to manage the non-trivial balance between consolidation opportunity and delivery urgency.

연구 동기 및 목표

• 주문 통합과 배송 급박성의 균형을 맞춰야 하는 동적이고 확률적인 픽업-디리버리 문제를 해결하기 위해.
• 불확실성과 연기 가능한 마감 시간 조건 하에서 실시간 루팅 결정을 위한 확장성 있고 계산 효율적인 방법을 개발하기 위해.
• 배송 시간과 연기 가능한 마감 시간을 일반 함수로 모델링하여 기대 고객 만족도를 최대화하기 위해.
• 실시간 시뮬레이션 없이도 실용적인 구현을 가능하게 하기 위해 오프라인 학습과 해석 가능한 매개변수를 제공하기 위해.
• 다양한 주문량, 차량 수, 보상 함수 조건에서의 안정성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 두 매개변수를 사용하여 통합 가능성과 배송 급박성의 상호 교환을 조정하는 파arameterized Cost-Function Approximation(CFA)이 집합 포장 설정을 수정한다.
• CFA 접근법은 배송 시간이 연기 가능한 마감 시간 대비 얼마나 늦었는지에 따라 고객 불만을 일반 보상 함수로 모델링한다.
• 실시간으로 광범위한 픽업-디리버리 경로의 결정 공간을 효율적으로 탐색하기 위해 컬럼 생성 기법을 사용한다.
• 역사적 데이터를 활용해 오프라인으로 학습하여 실시간 시나리오 평가 없이도 빠른 온라인 결정을 가능하게 한다.
• 미래 수요를 예측하고 전략적으로 주문을 통합하기 위해 동적 프로그래밍 프레임워크에 CFA 접근법을 통합한다.
• 다양한 수요 및 목표 조건 하에서 기대 보상 비용을 최소화하기 위해 수치 실험을 통해 CFA 매개변수를 조정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 동적 루팅 시스템은 효율성을 위해 주문을 통합하는 것과 연기 가능한 마감 시간을 충족하기 위해 급박하게 배송하는 것 사이의 균형을 어떻게 맞출 수 있는가?
• RQ2 고정 비용 대비 변동 비용 기반의 다른 보상 함수(지각 비용)가 최적의 CFA 매개변수 설정과 시스템 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 제안된 CFA 접근법은 고객 만족도, 지각 배송, 총 이동 시간 측면에서 기준 정책과 비교해 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ4 CFA 접근법은 차량 수와 주문량이 다른 다양한 시스템 크기에서도 안정적으로 적용될 수 있는가?
• RQ5 두 CFA 매개변수 간의 관계는 어떠하며, 다양한 목표 조건 하에서 비선형적으로 성능에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• CFA 접근법은 최고의 기준 정책(DSP) 대비 지각 배송 비율을 최대 40% 감소시켰으며, LIML-4 시나리오에서는 마감 시간 초과 비율이 25% 감소했다.
• 지각 배송의 평균 지연 시간은 DSP 대비 최대 50% 감소했으며, LIML-4 사례에서 CFA는 평균 8분의 지연을 기록한 반면 DSP는 18분이었다.
• 총 이동 시간은 DSP 대비 최대 10.4% 감소했으며, LIML-4 시나리오에서 CFA는 918분, DSP는 1084분을 기록했다.
• CFA 접근법은 보상 비용을 최소화함으로써 고객 만족도를 향상시켰으며, 특히 지각에 대한 고정 비용이 높은 보상 함수 조건에서 급박성이 우선시되는 경향을 보였다.
• 최적의 CFA 매개변수 간에는 비선형적 관계가 존재하여 수동 조정이 비효율적임을 시사하며, 이는 자동 매개변수 설정 기법이 필수적임을 의미한다.
• 이 접근법은 다양한 주문 규모, 차량 수, 보상 함수 조건에서도 안정성을 유지하며 강력한 일반화 능력을 입증했다.