Hub&Spoke-Netzwerke in der Logistik

Hub&Spoke-Netzwerke dienen dazu, Güter bzw. Personen von vielen Orten nach vielen Orten zu transportieren, wobei ein Ort sowohl Quelle als auch Ziel von zu transportierenden Gütem bzw. Personen sein kann. Sie stellen damit eine Losungsmoglichkeit fur das Many-to-Many Distribution Problem¹ dar. Die für Hub&Spoke- Netzwerke charakteristische gemeinsame Beförderung von Gütem bzw. Personen mit unterschiedlicher Quelle und/oder unterschiedlichem Ziel auf Teilabschnitten des Transports ermöglicht in erster Linie Kostenvorteile.² Altemativ lassen sich auch Direktverkehrsnetze einsetzen.³ Gegenüber diesen haben Hub&Spoke- Netzwerke die Nachteile längerer Transportwege und u.U. -zeiten, komplexerer Transportprozesse und einer höheren Störungsanfälligkeit. Einsatzgebiete für diese Netzwerke finden sich beim Passagier- und Frachtflugverkehr, bei der Eisenbahn, dem Straßengüterverkehr, der Seeschifffahrt, Kurierdiensten, der Brief- und Paketpost sowie im öffentlichen Personennahvericehr.⁴

Hub Location Probleme liefem bezüglich eines entsprechenden Anwendungsfalls möglichst gut geeignete Transportnetze eines speziellen Typs: Hub& Spoke-Netzwerke. Diese dienen dazu, Güter²⁷ von ihrem Quell- zu ihrem Zielort zu transportieren. Dabei kann jeder der n Orte sowohl Quelle als auch Ziel zahlreicher Güter mit unterschiedlichem(r) Ziel bzw. Quelle sein. w_ij gibt vor, wie viel (innerhalb einer Periode) an Gütern vom Ort i zum Ort j zu transportieren ist. Eine alternative Möglichkeit, die einzelnen Transportleistungen zu erbringen, ist die Verwendung einer direkten Verbindung fur jedes Paar von Orten i und j, zwischen welchen Güter zu befördern sind (Direktverkehrsnetz). Bei den betrachteten Problemstellungen ist i.d.R. (fast) von jedem zu jedem Ort etwas zu transportieren, so dass eine große Anzahl an Verbindungen unterhalten werden musste.²⁸ Vgl. hierzu auch das in Abbildung 2.1 dargestellte Beispiel mit vier Orten.

Unter transportkostenfokussierten Problemen verstehen wir solche, bei denen die Minimienmg mengenabhängiger Kosten auf Transportverbindungen im Zentrum steht. Hierbei können auch weitere Kosten wie bspw. Einrichtungskosten für Hubs eine Rolle spielen. Aus der Literatur sind viele Problemstellungen und dazugehSrige exakte wie auch heuristische Verfahren zu transportkostenfokussierten Problemen bekannt, die als Hubnetz einen vollständigen Digraphen und als Zwischenstationen ftir den Transport höchstens zwei Hubs unterstellen — wie auch wir es in den Abschnitten 3.2 und 3.3 tun. Auf eine umfangreiche Darstellung derselben verzichten wir hier und verweisen dafUr auf die Literaturübersicht in Abschnitt 2.3.

Unter zeitfokussierten Problemen verstehen wir solche, bei denen ein Transport von einer Quelle zu einem Ziel innerhalb einer voigegebenen Zeitschranke durchzuftihren oder die maximale Transportzeit über alle Quelle-Ziel-Paare zu minimieren ist. Erstmalig beschäftigte sich Campbell (1994b) in einem eher „konzeptionell“ angelegten Artikel mit dieser Art von Problemen. Sie weisen eine Analogie zu r-Überdeckungs- und p-Zentrenproblemen²⁶³ auf, wie dies bei Warehouse Location bzw. p-Median Problemen und den im vorhergehenden Kapitel betrachteten Problemstellungen der Fall ist.

Gegenstand der Arbeit sind logistikbezogene Hub Location Probleme. Bei diesen strategischen Optimierungsproblemen sind zahlreiche Güter bzw. Personen zwischen vielen Orten zu transportieren, wobei jeder Ort sowohl Quelle als auch Ziel vieler Güter- bzw. Personentransporte ist. Eine Transportroute von einer Quelle zu einem Ziel kann dabei mehrere Orte als Zwischenstationen enthalten, die Umladekapazitäten (wie bspw. Sortieranlagen) vorhalten müssen. Einen solchen Ort bezeichnet man els Hub. Festzulegen ist, welche Orte als Hubs vorzusehen sind, zwischen welchen Paaren von Orten (direkte) Verbindungen zu unterhalten sind und über welche Routen die einzelnen Güter bzw. Personen in einem so gebildeten Hub&Spoke-Netzwerk ihr Ziel erreichen. Auf den Verbindungen werden i.d.R. Giiter bzw. Personen mit unterschiedlicher(m) Quelle und/oder Ziel transportiert. Die Routenwahl ist für die Bewertung eines Hub&Spoke-Netzwerkes wichtig, hat aber keinen Einfluss auf seine Struktur.