B7 – Selbststeuernde Adaption von Fahrzeugeinsatzplänen in dynamischen Umgebungen

Motivation

Effiziente und zuverlässige Straßengütertransporte sind eine Voraussetzung für profitable Wertschöpfungsketten, da nur dieser Verkehrsträger sowohl gebündelte Warenströme als auch eine flächendeckende Distributionen von Gütern ermöglicht. Steigender Wettbewerbsdruck und zunehmendes Kostenbewusstsein der Nachfrageseite stellen immer anspruchsvollere Anforderungen an das Management komplexer und dennoch zuverlässiger Transportprozesse. Die Berücksichtigung aktuellster prozessrelevanter Daten in der operativen Planung und Revision von Transportprozessen ist sowohl Auslöser als auch Adressat einer kontinuierlich zunehmenden Dynamik, deren Bewältigung sich das Management von Transportprozessen stellen muss. Existierende Planungskonzepte aus dem Operations Research und der Künstlichen Intelligenz erreichen hierbei jedoch ihre Leistungsgrenzen. Die Nutzung von Selbststeuerung im Management komplexer Transportprozesse verspricht durch eine schnelle Anpassung an neue Nachfragesituationen und Infrastrukturveränderungen wesentliche Vorteile bei der Begegnung der hohen Dynamik.

Ergebnisse 1. Phase (2004-2007)

Gemäß der Zielsetzung der ersten Projektphase wurden Möglichkeiten der selbststeuernden Anpassung eines Planungssystems an eine sich wandelnde Planungsumgebung untersucht. Um Selbststeuerung für das Management von Transportprozessen zu ermöglichen, wurde die Methode der Online-Optimierung so erweitert, dass sich die entstehenden Entscheidungsprobleminstanzen selbststeuernd an die jeweilige Umweltsituation anpassen. Dabei wurde insbesondere die Integration übergeordneter, längerfristiger Ziele (Zuverlässigkeit, Pünktlichkeit,…) und operativer Ziele (Ertragsmaximierung) als wesentliche Voraussetzung für die Nutzung der Potenziale der Selbststeuerung identifiziert und erforscht. Konzipiert und prototypisch realisiert wurde ein selbststeuerndes Planungsverfahren, dass diese Zielintegration operationalisiert. Konkret wurde die selbststeuernde Re-Definition von Optimierungsmodellen untersucht in einem Softwareprototypen umgesetzt. Dabei werden sowohl Zielfunktion als auch der Suchraum reaktiv in Abhängigkeit von der aktuell beobachteten Prozesszuverlässigkeit derart modifiziert, dass eine vorgegebene Mindestpünktlichkeit im...

Ziele 2. Phase (2008-2011)

In der zweiten Projektphase wird die gezielte Filterung und zeitliche Nivellierung der Nachfrage nach Transportleistungen als Ansatz zur Prozesseffizienzsteigerung erforscht. Übergeordnetes Erkenntnisziel ist es, das Paradigma der Selbststeuerung im Hinblick auf Potenziale für die Nachfragesteuerung zu untersuchen und dadurch neue Kompetenzen für die operative Transportprozessplanung zu schaffen. Pragmatisches Ziel dieses Teilprojekts ist die Implementierung von Software-Prototypen, mit denen Simulations-Experimente zur Validierung der theoretischen Konzepte durchgeführt werden. Die drei wesentliche Meilensteine der zweiten Projektphase sind: (1) die Analyse von Selektionsverfahren sowie die Implementierung eines Prototyps für ein selbststeuerndes Verfahren zur Auswahl profitabler Aufträge, (2) die Erforschung und exemplarische Implementierung selbststeuernder Kapazitätssteuerungsansätze, (3) die Kombination von Auftragsselektion, Kapazitätssteuerung und Fahrzeugeinssatzplanung in einem selbststeuernden Verfahrensverbund zum Management von Transportprozessen und dessen numerische Evaluierung.

Vorgehen 2. Phase (2008-2011)

Formale Beschreibungsmodelle werden zur Deskription selbststeuernder Transportlogistik-Systeme entwickelt. Aus diesen Modellen werden algorithmisch Prozessentscheidungen abgeleitet. Eine empirische Verifizierung der entwickelten Modelle erfolgt in computergestützten Simulationsexperimenten. Es werden verschiedene Ausprägungen von Selbststeuerung erforscht und deren Wirkungen analysiert. Das in der ersten Projektphase entwickelte Fahrzeugeinsatzplanungssystem wird um Komponenten für die Identifikation und Auslese profitabler Aufträge ergänzt. Dabei werden zur Lastbalancierung Auftragsausführungstermine gezielt in Unterlast-Phasen verschoben (Kapazitätssteuerung). Das neue Verbundverfahren ermöglicht die Anwendung von Selbststeuerung für die Koordinierung spezialisierter Planungseinheiten („Enabling“ für Selbststeuerung). Andererseits ist die Anwendung selbststeuerungsbasierter Methoden zur lokalen Planung von Transportleistungen in den entstehenden komplexen interdependenten Entscheidungssituationen Erfolg versprechend (Nutzung von Selbststeuerung in der Entscheidungsfindung).

Ergebnisse 2. Phase (2008-2011)

Das übergeordnete Erkenntnisziel dieses Teilprojekt konnte erreicht werden: Es wurde gezeigt, dass das Paradigma der Selbststeuerung für eine gezielte Nachfragesteuerung effektiv eingesetzt werden kann. Als pragmatisches Ziel konnte ein selbststeuernder Softwareprototyp entwickelt werden, mit dem in Simulationsexperimenten die theoretischen Konzepte einer selbststeuernden Nachfragesteuerung im Straßengüterverkehr validiert werden können. Die vorgesehenen Projektmeilensteine wurden wie vorgesehen erreicht. Zunächst wurde ein selbststeuerndes Selektionsverfahren auf der Basis von Bid-Prices konzipiert. Die Bid-Prices stellen hier eine Quantifizierung des Wertes der residualen Kapazität der Fahrzeuge im Transportnetz dar und ermitteln dadurch selbststeuernd Mindesterlöse, die mit zusätzlich einzulastenden Aufträge erzielt werden müssen, um die Effizienz der Transportprozesse sicher zustellen. Anschließend wurde dieses Konzept prototypisch in einem Software-Agenten zur Kapazitätssteuerung implementiert und in umfangreichen Simulationsexperimenten evaluiert. Schließlich konnte die Kapazitätssteuerung mit der Fahrzeugeinsatzplanung und der Auftragsselektion zu einer umfassenden Transportprozess-Steuerung kombiniert werden.