Analysing Hydro’s Distribution Network as a Multi-modal Multicommodity Network Flow Problem

Abstract

På grunn av sine fordelaktige egenskaper er aluminium et viktig materiale for å sikre industriell utvikling. Samtidig som lavkostland som Kina øker sin produksjon, opplever Europa høye energipriser og svingninger i etterspørselen. Dette skaper insentiv for europeiske aluminiumleverandører til å redusere driftskostnadene for å opprettholde konkurransefortrinnet sitt. Med Norsk Hydro ASA i spissen er Norge Europas største enkeltleverandør av aluminium, noe som fører til at et betydelig volum av produkter transporteres fra Hydros produksjonsanlegg i Norge til kunder over hele Europa.

Denne avhandlingen tar for seg utfordringen med å distribuere halvfabrikata av aluminium fra Norsk Hydro ASAs fem norske produksjonsanlegg til europeiske kunder ved å presentere et multimodalt nettverksflytproblem (MMCF). Hovedformålet med denne oppgaven er å gi en kvalitativ analyse av hvordan man kan distribuere aluminiumprodukter fra norske produksjonsanlegg til europeiske kunder ved hjelp av Hydros eksisterende logistiske distribusjonssystem til en minimal kostnad, samtidig som man sikrer at produktene blir levert til en bestemt leveringsdato.

Det eksisterende distribusjonsnettverket består av linjeruter fra norske produksjonshavner til europeiske terminalhavner, etterfulgt av lastebiltransport til kundene. En matematisk lineær programmeringsmodell (LP) er utviklet for å optimalisere distribusjonen av produkter i systemet og minimere de totale distribusjonskostnadene. Dette oppnås ved å benytte en kombinasjon av arc- og path-flow formuleringer i den matematiske modellen. Modellen løses for fem regelvekt: et referanseregelverk som gjenspeiler Hydros nåværende system, to som krever geografisk konsistens i bruken av sjøterminaler, og to som tillater omlasting innenfor det maritime nettverket.

LP-modellen løses for alle regelverkene i løpet av sekunder. Resultatene viser en betydelig reduksjon i kostnader, hovedsakelig på grunn av en reduksjon i antall ordrer som må transporteres utenfor de foretrukne distribusjonskanalene med omtrent 53%. Disse funnene gir verdifull innsikt i optimalisering av Hydros distribusjonsnettverk, og viser at vår modell bidrar til både kostnadseffektivitet og operasjonell effektivitet.

Due to its advantageous properties, aluminium is an important material for ensuring industrial development. With low-cost countries like China increasing their production, Europe is experiencing high energy prices and fluctuations in demand. This creates a pressing incentive for European aluminium suppliers to reduce their operational costs to maintain their competitive advantage. With Norsk Hydro ASA at the forefront, Norway is Europe’s single largest aluminium supplier, resulting in a significant volume of products being transported from Hydro’s production plants in Norway to customers across Europe.

This thesis addresses the challenge of distributing semi-fabricated aluminium products from Norsk Hydro ASA’s five Norwegian production plants to European customers by presenting a Multi-Modal Multi-Commodity Network Flow Problem (MMCF). The main purpose of this thesis is to provide a qualitative analysis of how to distribute aluminium products from Norwegian production plants to the location of European customers using the existing logistical distribution system of Hydro at a minimal cost while ensuring the products are delivered at a specific delivery date.

The existing distribution network comprises liner shipping routes from Norwegian production ports to European terminal ports, followed by truck transportation to customer locations. A mathematical linear programming (LP) model is developed to optimise the distribution of products within the system, minimizing total distribution costs. This is achieved by employing both arc-flow and path-flow formulations. The model is solved or five policies: a benchmark policy replicating Hydro’s current system, two requiring geographical consistency in maritime terminal use, and two allowing transhipment within the maritime network.

The LP model solves all policies within seconds. Implementing the model as a MMCF results in a notable reduction in costs, largely due to a considerable reduction in orders that need to be transported outside the preferred distribution channels by approximately 53%. These findings provide valuable insights into optimising Hydro’s distribution network, contributing to cost efficiency and operational effectiveness.