Towards simulating the South African fresh fruit export supply chain
Date
2024-02
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: Climate change has become one of the, if not the most, pre-eminent environmental issues threatening the human population and natural ecosystems. The extent of greenhouse gases emitted, mainly due to burning fossil fuels, has drastically increased due to the onset of successive industrial revolutions, increasing the likelihood of irreversible consequences. The greenhouse gas emissions of logistics processes and supply chain activities account for the majority of companies' overall greenhouse gas emissions and carbon footprint. Most of these emissions are engendered by logistics activities related to transportation. In particular, global food supply chains face amplified challenges due to their reliance on fossil fuels, exacerbated by volatile fuel prices, heightening vulnerabilities in transportation and distribution components within supply chains This dependence showcases the increasing importance of understanding, quantifying, and better managing carbon emissions related to transport logistics activities within supply chains The carbon emissions from transportation logistics vary among supply chains and can be attributed to various factors. Given the perishable nature of food products especially fresh fruit, the transportation sector can have a significant impact on the food supply chain, as these goods often require long-distance shipment primarily via road, especially so within South Africa (the main case study of this research project). Furthermore, the distribution of fresh fruit necessitates temperature regulation throughout the process, leading to a higher rate of energy and fuel consumption when compared with non-perishable goods. Notable factors and trends contributing to fuel consumption such as the transport mode, vehicle attributes, driver behaviour, environmental factors, and operations ought to be considered when attempting to reduce the environmental impact of transportation activities. There is, however, a trade-off in respect of minimising cost and reducing carbon emissions — managing the financial implications associated with adopting sustainable practices and technologies is widely regarded as a complex endeavour. Within the context of South Africa, the citrus industry is a vital component of the country's In this thesis, an agent-based simulation model of the real-world transportation conditions and decisions within the context of the South African citrus export supply chain is developed towards helping to address the aforementioned challenges This approach incorporates the use of various frameworks and resources to aid in model development. The proposed solution methodology involves data collection and analysis to gather information relating to the current transportation system, including geographical locations of facilities, truck types, and associated costs. An agent- based model is developed, representing key entities such as production regions, packing facilities, cold storage facilities, and the port of export. Each entity is represented by agents with specific attributes and behaviours, including transportation preferences, capacities, and consolidation strategies. Carbon emission calculations are integrated into the model to estimate emissions for different transportation conditions and decisions (referred to as scenarios) considering factors such as fuel consumption, driver behaviour, and truck types, to name a few. Cost reduction simulations are conducted to evaluate financial impacts and identify cost-effective solutions, accounting for fuel costs, and potential savings from consolidation. The agent-based model is formulated in the Any Logic Simulation Software environment enabling valuable visualisation of the physical movement of agents and graphical representations of cost and carbon intensity associated with different scenarios, during which predefined metrics such as carbon emissions, transportation costs, and logistical efficiency are compared. Based on the simulation results, recommendations are generated so as to provide decision support. These recommendations include adopting specific truck types, driver incentives, implementing consolidation practices, and suggesting modifications to the transportation network to achieve sustainability goals while balancing economic considerations. agricultural sector and has a significant economic impact. It is one of the largest citrus exporters globally, supplying fruits to numerous international markets. The South African citrus export supply chain relies heavily on road transportation to move citrus fruits from production regions to packing facilities, cold storage facilities, and export ports posing challenges related to the reduction of carbon emissions and the improvement of cost-effectiveness.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Klimaatsverandering het een van die, indien nie die mees, vooraaustaande omgewingskwessies geword wat die menslike bevolking en natuurlike ekosisteme bedreig. Die omvang van kweekhuis-gasse wat vrygestel word, hoofsaaklik as gevolg van die verbranding van fossielbraudstowwe, het drasties toegeneem as gevolg van die aanvang van opeenvolgende industriöle revolusies, wat die waarskynlikheid van onomkeerbare gevolge verhoog. Die kweekhuisgasvrystellings van logistieke prosesse en voorsieningskettingaktiwiteite is verantwoordelik vir die meerderheid van maatskappye se algehele kweekhuisgasvrystellings en koolstofvoetspoor. Die meeste van hierdie emissies word veroorsaak deur logistieke aktiwiteite wat met vervoer verband hou. Veral wereldwye voed- selvoorsieningskettings staar groter uitdagings in die gesig as gevolg van hul afhanklikheid van fossielbraudstowwe, vererger deur wisselvallige brandstofpryse, wat kwesbaarhede in vervoer- en verspreidingskomponente binne voorsieningskettings verhoog. Hierdie afhanklikheid toon dietoenemende belangrikheid om koolstofvrystellings wat verband hou met vervoerlogistieke akti- witeite binne voorsieningskettings te verstaan, te kwantifiseer en beter te bestuur. Die koolstofvrystellings van vervoerlogistiek verskil tussen voorsieningskettings en kan aan verskeie faktore toegeskryf word. Gegewe die bederfbare aard van voedselprodukte, veral vars vrugte, kan die vervoersektor 'n beduidende impak op die voedselvoorsieningsketting hé, aangesien hierdie goedere dikwels laugafstandverskeping benodig, hoofsaaklik via pad, veral binne Suid-Afrika (die belaugrikste gevallestudie van hierdie navorsingsprojek). Verder noodsaak die verspreiding van vars vrugte temperatuurregulering deur die hele proses, wat lei tot 'n hoör tempo van en- ergie en brandstofverbruik in vergelyking met nie-bederfbare goedere. Opmerklike faktore en neigings wat bydra tot brandstofverbruik soos die vervoermodus, voertuigkenmerke, bestuur- dergedrag, omgewingsfaktore en bedrywighede — behoort in ag geneem te word wanneer gepoog word om die omgewingsimpak van vervoeraktiwiteite te verminder. Daar is egter 'n afweging ten opsigte van die vermindering van koste en die vermindering van koolstofvrystellings — die bestuur van die finansiöle implikasies wat verba.nd hou met die aanvaar van volhoubare praktyke en tegnologieö word wyd as 'n komplekse poging beskou. Binne die konteks van Suid-Afrika is die sitrusbedryf 'n noodsaaklike komponent van die land se landbousektor en het 'n beduidende ekonomiese impak. Dit is een van die grootste sitrusuit- voerders wéreldwyd, wat vrugte aan talle internasionale markte verskaf. Die Suid-Afrikaause sitrusuitvoervoorsieningsketting maak grootliks staat op padvervoer om sitrusvrugte van pro- duksiestreke na verpakkingsfasiliteite, koelopbergingsfasiliteite en uitvoerhawens te verskuif wat uitdagings inhou wat verband hou met die vermindering van koolstofvrystellings en die verbetering van kostedoeltreffendheid. In hierdie tesis word 'n agent—gebaseerde simulasiemodel van die werklike vervoertoestande en besluite binne die konteks van die Suid-Afrikaanse sitrusuitvoervoorsieningsketting ontwikkel om te help om die voorgenoemde uitdagings aaxm te spreek. Hierdie benadering inkorporeer die gebruik van verskeie raamwerke en hulpbronne om te help met modelontwikkeling. Die voorgestelde oplossingsmetodologie behels data-insameling en -analise om inligting in te samel wat verband hou met die huidige vervoerstelsel, insluitend geografiese liggings van fasiliteite, tipes vragmotors en gepaardgaande koste. 'n Agent—gebaseerde model word ontwikkel wat sleutelentiteite soos produksiestreke, verpakkingsfasiliteite, koelstoorfasiliteite en die uitvoer-hawe verteenwoordig. Elke entiteit word verteenwoordig deur agente met spesifieke eienskappe en gedrag, insluitend vervoervoorkeure, kapasiteite en konsolidasiestrategieö. Koolstofvrystellings- berekeninge word in die model geintegreer om emissies te skat vir verskillende vervoertoestande en besluite (na verwys as scenario's) met inagneming van faktore soos brandstofverbruik, bestu-urdergedrag en vragmotortipes, om 'n paa.r te noem. Kosteverminderingsimulasies word uit-gevoer om finansiöle impakte te evalueer en kostedoeltreffende oplossings te identifiseer, rekening te hou met brandstofkoste en potensiöle besparings deur konsolidasie. Die agent-gebaseerde model is geformuleer in die AnyLogic Simulation Software-omgewing wat waardevolle visualisering van die fisiese beweging van agente en grafiese voorstellings van koste en koolstofintensiteit wat met verskillende scenario's geassosieer word, moontlik maak, waar- tydens voorafbepaalde maatstawwe soos koolstofvrystellings, vervoerkoste en logistieke doeltr- effendheid vergelyk word. Gebaseer op die simulasieresultate, word aanbevelings gegenereer om besluitondersteuning te verskaf. Hierdie aanbevelings sluit in die aanvaarding van spesi- fieke vragmotortipes, bestuurderaansporings, die implementering van konsolidasiepraktyke en die voorstel van wysigings aan die vervoernetwerk om volhoubaarheidsdoelwitte te bereik terwyl ekonomiese oorwegings gebalanseer word. Die voorgestelde agent—gebaseerde model word aan sistematiese verifikasiestappe onderwerp, wat die korrekte funksionering en integrasie van sy subkomponente verseker. Verder ondergaan die model evaluasie onder diverse bedryfstoestande om 'n meer genuanseerde begrip van die kompleksiteite en uitdagings binne bederfbare voorsieningskettings te verkry, terwyl sy toereik-endheid bevestig word. In die besonder word parameterveraudering, sensitiwiteitsontledings, en scenario-ontledings uitgevoer, gevolg deur gesigsvalidasie deur vakgebiedkenners. Die voorgestelde agent—gebaseerde model 16 die grondslag vir talle weö van toekomstige navorsing, insluitend verbeterings en uitbreidings op die huidige model. Sulke opvolgwerk mag die inagneming van 'n wyer reeks faktore wat bydra tot brandstofverbruik behels, sowel as die toepassing van wiskundige modellering om besluitneming te ondersteun ten opsigte van die ligging van fasiliteite (bv. konsolidasie-hubs) en voertuigroetes.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Klimaatsverandering het een van die, indien nie die mees, vooraaustaande omgewingskwessies geword wat die menslike bevolking en natuurlike ekosisteme bedreig. Die omvang van kweekhuis-gasse wat vrygestel word, hoofsaaklik as gevolg van die verbranding van fossielbraudstowwe, het drasties toegeneem as gevolg van die aanvang van opeenvolgende industriöle revolusies, wat die waarskynlikheid van onomkeerbare gevolge verhoog. Die kweekhuisgasvrystellings van logistieke prosesse en voorsieningskettingaktiwiteite is verantwoordelik vir die meerderheid van maatskappye se algehele kweekhuisgasvrystellings en koolstofvoetspoor. Die meeste van hierdie emissies word veroorsaak deur logistieke aktiwiteite wat met vervoer verband hou. Veral wereldwye voed- selvoorsieningskettings staar groter uitdagings in die gesig as gevolg van hul afhanklikheid van fossielbraudstowwe, vererger deur wisselvallige brandstofpryse, wat kwesbaarhede in vervoer- en verspreidingskomponente binne voorsieningskettings verhoog. Hierdie afhanklikheid toon dietoenemende belangrikheid om koolstofvrystellings wat verband hou met vervoerlogistieke akti- witeite binne voorsieningskettings te verstaan, te kwantifiseer en beter te bestuur. Die koolstofvrystellings van vervoerlogistiek verskil tussen voorsieningskettings en kan aan verskeie faktore toegeskryf word. Gegewe die bederfbare aard van voedselprodukte, veral vars vrugte, kan die vervoersektor 'n beduidende impak op die voedselvoorsieningsketting hé, aangesien hierdie goedere dikwels laugafstandverskeping benodig, hoofsaaklik via pad, veral binne Suid-Afrika (die belaugrikste gevallestudie van hierdie navorsingsprojek). Verder noodsaak die verspreiding van vars vrugte temperatuurregulering deur die hele proses, wat lei tot 'n hoör tempo van en- ergie en brandstofverbruik in vergelyking met nie-bederfbare goedere. Opmerklike faktore en neigings wat bydra tot brandstofverbruik soos die vervoermodus, voertuigkenmerke, bestuur- dergedrag, omgewingsfaktore en bedrywighede — behoort in ag geneem te word wanneer gepoog word om die omgewingsimpak van vervoeraktiwiteite te verminder. Daar is egter 'n afweging ten opsigte van die vermindering van koste en die vermindering van koolstofvrystellings — die bestuur van die finansiöle implikasies wat verba.nd hou met die aanvaar van volhoubare praktyke en tegnologieö word wyd as 'n komplekse poging beskou. Binne die konteks van Suid-Afrika is die sitrusbedryf 'n noodsaaklike komponent van die land se landbousektor en het 'n beduidende ekonomiese impak. Dit is een van die grootste sitrusuit- voerders wéreldwyd, wat vrugte aan talle internasionale markte verskaf. Die Suid-Afrikaause sitrusuitvoervoorsieningsketting maak grootliks staat op padvervoer om sitrusvrugte van pro- duksiestreke na verpakkingsfasiliteite, koelopbergingsfasiliteite en uitvoerhawens te verskuif wat uitdagings inhou wat verband hou met die vermindering van koolstofvrystellings en die verbetering van kostedoeltreffendheid. In hierdie tesis word 'n agent—gebaseerde simulasiemodel van die werklike vervoertoestande en besluite binne die konteks van die Suid-Afrikaanse sitrusuitvoervoorsieningsketting ontwikkel om te help om die voorgenoemde uitdagings aaxm te spreek. Hierdie benadering inkorporeer die gebruik van verskeie raamwerke en hulpbronne om te help met modelontwikkeling. Die voorgestelde oplossingsmetodologie behels data-insameling en -analise om inligting in te samel wat verband hou met die huidige vervoerstelsel, insluitend geografiese liggings van fasiliteite, tipes vragmotors en gepaardgaande koste. 'n Agent—gebaseerde model word ontwikkel wat sleutelentiteite soos produksiestreke, verpakkingsfasiliteite, koelstoorfasiliteite en die uitvoer-hawe verteenwoordig. Elke entiteit word verteenwoordig deur agente met spesifieke eienskappe en gedrag, insluitend vervoervoorkeure, kapasiteite en konsolidasiestrategieö. Koolstofvrystellings- berekeninge word in die model geintegreer om emissies te skat vir verskillende vervoertoestande en besluite (na verwys as scenario's) met inagneming van faktore soos brandstofverbruik, bestu-urdergedrag en vragmotortipes, om 'n paa.r te noem. Kosteverminderingsimulasies word uit-gevoer om finansiöle impakte te evalueer en kostedoeltreffende oplossings te identifiseer, rekening te hou met brandstofkoste en potensiöle besparings deur konsolidasie. Die agent-gebaseerde model is geformuleer in die AnyLogic Simulation Software-omgewing wat waardevolle visualisering van die fisiese beweging van agente en grafiese voorstellings van koste en koolstofintensiteit wat met verskillende scenario's geassosieer word, moontlik maak, waar- tydens voorafbepaalde maatstawwe soos koolstofvrystellings, vervoerkoste en logistieke doeltr- effendheid vergelyk word. Gebaseer op die simulasieresultate, word aanbevelings gegenereer om besluitondersteuning te verskaf. Hierdie aanbevelings sluit in die aanvaarding van spesi- fieke vragmotortipes, bestuurderaansporings, die implementering van konsolidasiepraktyke en die voorstel van wysigings aan die vervoernetwerk om volhoubaarheidsdoelwitte te bereik terwyl ekonomiese oorwegings gebalanseer word. Die voorgestelde agent—gebaseerde model word aan sistematiese verifikasiestappe onderwerp, wat die korrekte funksionering en integrasie van sy subkomponente verseker. Verder ondergaan die model evaluasie onder diverse bedryfstoestande om 'n meer genuanseerde begrip van die kompleksiteite en uitdagings binne bederfbare voorsieningskettings te verkry, terwyl sy toereik-endheid bevestig word. In die besonder word parameterveraudering, sensitiwiteitsontledings, en scenario-ontledings uitgevoer, gevolg deur gesigsvalidasie deur vakgebiedkenners. Die voorgestelde agent—gebaseerde model 16 die grondslag vir talle weö van toekomstige navorsing, insluitend verbeterings en uitbreidings op die huidige model. Sulke opvolgwerk mag die inagneming van 'n wyer reeks faktore wat bydra tot brandstofverbruik behels, sowel as die toepassing van wiskundige modellering om besluitneming te ondersteun ten opsigte van die ligging van fasiliteite (bv. konsolidasie-hubs) en voertuigroetes.
Description
Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2024.