Transportoptimierung im Ladungsträgernetzwerk der Zukunft
Quantitativer Vergleich verschiedener Steuerungsstrategien am Beispiel der Automobilindustrie
- 2023
- Buch
- Verfasst von
- Nicolas Fredershausen
- Buchreihe
- AutoUni – Schriftenreihe
- Verlag
- Springer Fachmedien Wiesbaden
Über dieses Buch
Der Leerguttransportoptimierung als Teil der Inboundlogistik kommt die wichtige Aufgabe der bedarfs- und termingerechten Versorgung von Lieferanten mit wiederverwendbaren Ladungsträgern zu. Dadurch gewährleistet sie nicht nur eine reibungslose Teileversorgung, sondern kann auch einen signifikanten Beitrag zu einer effizienten und nachhaltigen Logistik im Ladungsträgernetzwerk der Zukunft leisten.
Die vorliegende Arbeit widmet sich der Problemstellung der Leerguttransportoptimierung aus mathematischer Sicht und verfolgt das Ziel der Bestimmung eines bedarfserfüllungsmaximalen und gleichzeitig transportkostenminimalen Transportplans unter Berücksichtigung von Leergutverfügbarkeiten, -bedarfen, Transportkosten und -laufzeiten. Dafür werden drei verschiedene Steuerungsstrategien für das Ladungsträgernetzwerk der Zukunft vorgestellt und spezifische Konstruktions- und Verbesserungsheuristiken entwickelt. Anhand der Ergebnisse einer experimentellen Performanceanalyse wird eine Empfehlung für eine Steuerungsstrategie samt geeigneten Lösungsverfahren zur Transportoptimierung im Ladungsträgernetzwerk der Zukunft gegeben, die die Ziele der Bedarfserfüllungsmaximierung sowie Transportkosten- und Emissionsausstoßminimierung bestmöglich vereinen.
Anzeige
Inhaltsverzeichnis
-
Frontmatter
-
Kapitel 1. Einleitung
Nicolas FredershausenDer Beitrag beleuchtet die disruptiven Veränderungen in der Transportlogistik durch Digitalisierung, Automatisierung und Defossilisierung. Die steigende Volatilität, Unsicherheit, Komplexität und Ambiguität (VUCA) erfordern neue Steuerungsansätze und Lösungsverfahren. Im Fokus steht die Leergutdistribution in der Automobilindustrie, ein zentrales Element der Materiallogistik, das erhebliche Kosten und Emissionen verursacht. Die Arbeit untersucht die Prozesse zur Ladungsträgersteuerung und entwickelt spezifische mathematische Modelle und Heuristiken zur Optimierung der Leerguttransporte. Diese Ansätze werden anhand realitätsnaher Probleminstanzen bewertet und empfohlen. Die Ergebnisse bieten wertvolle Einblicke in die Gestaltung einer nachhaltigen und effizienten Ladungsträgerlogistik der Zukunft.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
ZusammenfassungDie Transportlogistik befindet sich seit einigen Jahren in einem disruptiven Wandel, der die Branche nachhaltig verändern wird. Die resultierenden Herausforderungen und Chancen, gerade im Bereich der Leergutlogistik als Teil der Materiallogistik, werden im Rahmen dieser Arbeit analysiert und es werden Steuerungsstrategien für große Ladungsträgernetzwerke vorgestellt. Um eine Potentialanalyse und darauf basierende Empfehlung für die Transportoptimierung im Ladungsträgernetzwerk der Zukunft geben zu können, wird eine experimentelle Performanceanalyse für die eigens entwickelten Lösungsverfahren durchgeführt. -
Kapitel 2. Einführung in die Problemstellung des Ladungsträgermanagements
Nicolas FredershausenDas Kapitel 'Einführung in die Problemstellung des Ladungsträgermanagements' behandelt die zentrale Rolle von Verpackungen in der heutigen Wertschöpfungskette. Verpackungen, insbesondere Ladungsträger, sind nahezu unverzichtbar für den Transport von Gütern und erfüllen wichtige Funktionen wie Schutz, Handhabung und Lagerung. Im B2B- und Inbound-Teilbereich sind Ladungsträger besonders relevant, da sie die Anforderungen der verpackten Waren erfüllen müssen. Die Gesamtheit der Logistikprozesse, in denen Ladungsträger zum Einsatz kommen, wird als Ladungsträgerlogistik bezeichnet. Ziel dieser Logistik ist eine effiziente Nutzung der Ladungsträger bei gleichzeitiger Erfüllung aller Anforderungen der verpackten Waren. Mathematische Modelle und rechnerbasierte Lösungsverfahren werden zur Planung dieser Prozesse eingesetzt. Das Kapitel führt in die Grundlagen des Ladungsträgermanagements ein und erläutert die verschiedenen Ladungsträgerarten sowie deren Systematisierung und Funktionen. Besonders hervorgehoben wird die Bedeutung des Ladungsträgermanagements in der Automobilindustrie, wo Ladungsträger in verschiedenen Prozessen wie der Inbound- und Outbound-Logistik sowie der Produktion eingesetzt werden. Die Notwendigkeit einer detaillierten Planung und Optimierung der Ladungsträgerlogistik wird betont, um Kosten zu reduzieren und die Effizienz zu steigern.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
ZusammenfassungIn diesem Kapitel wird die Problemstellung des Ladungsträgermanagements näher spezifiziert. Dabei werden im ersten Teil des Kapitels zunächst die fachlichen Grundlagen, beginnend mit der Einführung der für die Arbeit essentiellen Begriffe sowie der Abgrenzung dieser voneinander, gelegt. Anschließend werden die Einsatzmöglichkeiten von Ladungsträgern innerhalb der Transportlogistik beschrieben und das System der Ladungsträgerkreisläufe vorgestellt. Aufgrund der vielseitigen Einsetzbarkeit sowie dem unterschiedlichen Spezialisierungsgrad von Ladungsträgern erfolgt anschließend eine Systematisierung unter Verwendung eines morphologischen Kastens, bevor auf den Funktionsumfang eingegangen wird. Den Abschnitt schließend wird das Aufgaben- und Zielsystem des Ladungsträgermanagements vorgestellt. Im zweiten Teil des Kapitels werden die für die Arbeit relevanten Grundlagen aus dem Bereich des Operations Research erläutert. Im Rahmen dessen wird das der weiteren Ausführungen zugrunde liegende klassische Transportproblem samt der für die vorliegende Problemstellung relevanten Verallgemeinerungen formal und verbal beschrieben. -
Kapitel 3. Ladungsträgersteuerung als zentrale Aufgabe der Inboundlogistik
Nicolas FredershausenDer Beitrag behandelt die zentrale Rolle der Ladungsträgersteuerung in der Inboundlogistik der Automobilindustrie. Es wird die Bedeutung der Transportoptimierung für Voll- und Leerguttransporte erläutert und ein mathematisches Modell zur Optimierung des Leerguttransports vorgestellt. Besondere Herausforderungen durch Automatisierung, Digitalisierung und Klimaschutzanforderungen werden diskutiert. Der Text bietet Einblicke in die komplexen Zusammenhänge innerhalb von Ladungsträgerkreisläufen und die Auswirkungen inkorrekter Steuerung auf die gesamte Logistik.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
ZusammenfassungIn diesem Kapitel wird die Problemstellung des Ladungsträgermanagements näher spezifiziert. Dabei werden im ersten Teil des Kapitels zunächst die fachlichen Grundlagen, beginnend mit der Einführung der für die Arbeit essentiellen Begriffe sowie der Abgrenzung dieser voneinander, gelegt. Anschließend werden die Einsatzmöglichkeiten von Ladungsträgern innerhalb der Transportlogistik beschrieben und das System der Ladungsträgerkreisläufe vorgestellt. Aufgrund der vielseitigen Einsetzbarkeit sowie dem unterschiedlichen Spezialisierungsgrad von Ladungsträgern erfolgt anschließend eine Systematisierung unter Verwendung eines morphologischen Kastens, bevor auf den Funktionsumfang eingegangen wird. Den Abschnitt schließend wird das Aufgaben- und Zielsystem des Ladungsträgermanagements vorgestellt. Im zweiten Teil des Kapitels werden die für die Arbeit relevanten Grundlagen aus dem Bereich des Operations Research erläutert. Im Rahmen dessen wird das der weiteren Ausführungen zugrunde liegende klassische Transportproblem samt der für die vorliegende Problemstellung relevanten Verallgemeinerungen formal und verbal beschrieben. -
Kapitel 4. Stand der Forschung und Literaturüberblick
Nicolas FredershausenDas Ladungsträgermanagement und die -steuerung sind zentrale Themen in der Rückführungslogistik und haben in der Vergangenheit aufgrund ihrer praktischen Relevanz in verschiedenen Wirtschaftsbereichen häufig wissenschaftliche Untersuchungen angeregt. Bereits in den 1970er Jahren wurde die Optimierung von Transportnetzwerken mit Verkehrsladungsträgern untersucht, und die Einführung der Verpackungsverordnung in Deutschland im Jahr 1991 führte zu einer verstärkten Forschung im Bereich der Mehrwegverpackungen. Der Beitrag bietet einen umfassenden Überblick über die Entwicklung und aktuelle Forschungslage im Bereich der Ladungsträgerlogistik, insbesondere im Kontext der Automobilindustrie. Dabei werden verschiedene Systeme und Strategien zur Steuerung von Ladungsträgern vorgestellt, sowie die bestehenden Forschungslücken aufgezeigt und mögliche Lösungsansätze skizziert. Besonders hervorzuheben ist die detaillierte Darstellung der historischen Entwicklung und die Einbindung aktueller Forschungsergebnisse, die ein tiefes Verständnis der komplexen Herausforderungen und Potenziale in der Ladungsträgerlogistik vermitteln.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
ZusammenfassungIn diesem Kapitel wird ein chronologischer Überblick über die relevante Literatur zu der in der Wissenschaft als Reusable Transport Item Problem bezeichneten Problemstellung gegeben. Ebenfalls werden angrenzende Forschungsgebiete aufgezeigt und auf eine Übertragbarkeit auf die vorliegende Problemstellung hin untersucht. Aufgrund der hohen Praxisrelevanz werden darüber hinaus die heutzutage in der Automobilindustrie im Einsatz befindlichen Lösungsansätze beschrieben. Basierend auf den Erkenntnissen aus Fachliteratur und Praxis sowie den Anforderungen aus Kapitel 3 wird der Forschungsgegenstand der Arbeit sowie der Gang der Forschung spezifiziert. -
Kapitel 5. Vollgutsynchrone Leerguttransportoptimierung
Nicolas FredershausenDas Kapitel behandelt die Optimierung der Leerguttransporte in der Automobilindustrie. Es wird die Entwicklung von Tauschsystemen zu vollgutsynchronen Transportoptimierungen beschrieben und deren Vorteile und Nachteile analysiert. Die vollgutsynchrone Leerguttransportoptimierung stellt eine Weiterentwicklung der klassischen Tauschsysteme dar, bei denen die Leergutversorgung bedarfsgerecht erfolgt. Dies wird durch eine Allokationssystematik erreicht, die sicherstellt, dass ein vollgutempfangendes Werk einen Lieferanten rechtzeitig mit Ladungsträgern versorgt. Die Systematik wird anhand eines Beispiels veranschaulicht und mathematisch formuliert. Zudem wird ein heuristisches Lösungsverfahren vorgestellt, das in großen Ladungsträgernetzwerken eingesetzt werden kann. Die Optimierung zielt darauf ab, die Transportkosten zu minimieren und die Auslastung der Transportmittel zu maximieren.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
ZusammenfassungIn diesem Kapitel wird der erste, im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelte Ansatz der vollgutsynchronen Leerguttransportoptimierung am Beispiel der Automobilindustrie vorgestellt und die Systematik anhand eines vereinfachten Praxisbeispiels erklärt. Der Ansatz ist durch eine prozessuale Orientierung der Leerguttransporte an den Vollgutsendungen bzw. den zugehörigen -relationen gekennzeichnet. Die Besonderheiten dieser Steuerungsstrategie in Form der priorisierten Leergutbereitstellung durch das vollgutempfangende Werk finden bei der Modellierung eines gemischt-ganzzahligen linearen Programms Berücksichtigung. Aufgrund der NP-schwere des Problems in Kombination mit der Größe der zu lösenden Probleminstanzen wird anschließend eine einfache Konstruktionsheuristik zur schnellen Lösungskonstruktion vorgestellt. -
Kapitel 6. Lieferantenzentrierte Leerguttransportoptimierung
Nicolas FredershausenDas Kapitel zur lieferantenzentrierten Leerguttransportoptimierung stellt eine innovative Methode zur Verbesserung der Leergutversorgung in der Automobilindustrie vor. Im Gegensatz zur vollgutsynchronen Leerguttransportoptimierung, bei der die Zuordnung der Werke festgelegt ist, ermöglicht die lieferantenzentrierte Methode eine flexible Zuordnung von Werken zu Lieferanten. Dies führt zu einer Reduzierung der Transportkosten und einer effizienteren Nutzung der Leergutpools. Das Kapitel beschreibt detailliert die Systematik und Funktionsweise dieser Methode, einschließlich der mathematischen Modellierung und der Entwicklung von Heuristiken zur Optimierung der Transportprozesse. Besonderes Augenmerk wird auf die Reduzierung der Transportkosten und die Verbesserung der Bedarfsbefriedigung im Netzwerk gelegt. Durch die Anwendung von Heuristiken wie der Consolidated Costs Heuristik und der Fix-and-Optimize Heuristik können zulässige und möglichst gute Lösungen für das komplexe Optimierungsproblem gefunden werden. Die Vorteile dieser Methode werden anhand von Beispielen und Visualisierungen verdeutlicht, die die Vorgehensweise und die zeitlichen Zusammenhänge der Leerguttransporte veranschaulichen. Trotz der Komplexität und der Notwendigkeit einer zentralen Organisationseinheit zur Leergutsteuerung, bietet die lieferantenzentrierte Leerguttransportoptimierung erhebliche Potenziale zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung in der Automobilindustrie.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
ZusammenfassungDieses Kapitel befasst sich mit der lieferantenzentrierten Leerguttransportoptimierung, die sich durch eine vollständige Entkopplung von für Leer- und Vollguttransporte genutzter Relationen von der vollgutsynchronen Leerguttransportoptimierung unterscheidet. Stattdessen wird eine transportkostenbasierte Planung vorgenommen, im Rahmen derer eine hohe Auslastung der Transportmittel angestrebt wird. Auch für diesen Ansatz wird im Anschluss an die Beschreibung der Systematik ein mathematisches Modell vorgestellt, das neben einer vollgutunabhängigen, distanzminimalen Leergutversorgung auch eine Unterscheidung in Ganz- und Teilladungsverkehre berücksichtigt. In Anlehnung an die Struktur des vorangegangenen Kapitels wird ebenfalls ein heuristisches Lösungsverfahren entwickelt. Entgegen der dortigen monolithischen Herangehensweise wird eine zweistufige Konstruktions- und Verbesserungsheuristik präsentiert. -
Kapitel 7. Werkszentrierte Leerguttransportoptimierung
Nicolas FredershausenDas Kapitel beschäftigt sich mit der werkszentrierten Leerguttransportoptimierung in der Automobilindustrie. Es untersucht die Herausforderungen und Möglichkeiten der Ladungsträgersteuerung und stellt eine mathematische Formulierung des Problems in Form eines Umladeproblems vor. Besonderes Augenmerk liegt auf der Entwicklung einer dreistufigen Konstruktionsheuristik, die eine effiziente Lösung für den Leerguttransport zwischen Werken bietet. Diese Heuristik umfasst die Zuordnung von Lieferanten zu Werken, die Optimierung von Zwischenwerksverkehren und die Festlegung von Transportmengen und -strecken. Zudem wird eine Verbesserungsheuristik vorgestellt, die die Qualität der Transportpläne weiter optimiert. Das Kapitel schließt mit einer detaillierten Beschreibung der Systematik und Funktionsweise der werkszentrierten Leerguttransportoptimierung und deren ökologischen und ökonomischen Vorteile.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
ZusammenfassungGegenstand dieses Kapitels ist die Untersuchung der Möglichkeit von Ladungsträgertransporten im Zwischenwerksverkehr mit Güterzügen im Rahmen einer werkszentrierten Leerguttransportoptimierung. Auch die Systematik und Funktionsweise dieses Steuerungsansatzes wird zunächst beschrieben und anhand eines Beispiels veranschaulicht. Das Kapitel beinhaltet ebenfalls die Vorstellung einer geeigneten mathematischen Formulierung zur Optimierung der Ladungsträgertransporte. Schließlich werden eine eigenständig entwickelte dreistufige Konstruktionsheuristik sowie ein sich anschließendes lokales Suchverfahren präsentiert, mit Hilfe derer in der Regel gute Lösungen innerhalb einer aus der Praxis vorgegebenen Zeitspanne erzeugt werden können. -
Kapitel 8. Experimentelle Performanceanalyse
Nicolas FredershausenDer Fachbeitrag beschäftigt sich mit der experimentellen Performanceanalyse von Ansätzen zur Leerguttransportoptimierung in der Automobilindustrie. Dazu werden synthetische Probleminstanzen erzeugt und mithilfe exakter und heuristischer Verfahren gelöst. Die Ansätze werden anhand eines einheitlichen Bewertungskonzepts verglichen, das realitätsgetreue Kostenbewertungen und verschiedene KPIs berücksichtigt. Besonderes Augenmerk wird auf die Unterschiede zwischen vollgutsynchroner, lieferantenzentrierter und werkszentrierter Leerguttransportoptimierung gelegt. Die Ergebnisse zeigen, dass die werkszentrierte Optimierung trotz höherer Komplexität oft die besten Ergebnisse in Bezug auf Kosten und Emissionen liefert. Zudem wird der Einfluss der Poolgröße auf die Optimierungsergebnisse untersucht. Der Beitrag bietet damit wertvolle Einblicke und Empfehlungen für die Praxis, insbesondere für die Optimierung von Leerguttransporten in großen Netzwerken.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
ZusammenfassungDieses Kapitel befasst sich mit der Auswertung der Ergebnisse der in den vorangegangenen Kapiteln entwickelten Lösungsverfahren im Rahmen einer experimentellen Performanceanalyse. Grundlage hierfür bilden eigens erzeugte realitätsnahe Probleminstanzen für das Leerguttransportproblem, deren Generierung detailliert erläutert wird. Um eine bestmögliche Übertragbarkeit der Ergebnisse in die Praxis zu gewährleisten, wird ein Konzept zur Bewertung der Lösungen der Instanzen vorgestellt, das die komplexe Tarifstruktur des Gebietsspediteurwesens detailgetreu abbildet. Die Analyse der Performance der entwickelten Lösungsverfahren erfolgt anhand mehrerer Testsets mit unterschiedlicher Anzahl Netzwerkteilnehmer. Neben der Auswertung der Lösungszeit sowie der resultierenden Gesamtkosten des ermittelten Transportplans werden auch quantitative Auswertungen weiterer logistischer und ökologischer Kennzahlen vorgenommen. Anhand der Ergebnisse wird eine Empfehlung gegeben, welche Steuerungsstrategie für das Ladungsträgernetzwerk der Zukunft das größte Potential aufweist und mit welchem Lösungsverfahren gute Lösungen für das Leerguttransportproblem in annehmbarer Zeit erzeugt werden können. Abschließend werden die Auswirkungen einer verringerten Dimensionierung des Ladungsträgerpools auf die Gesamtkosten untersucht. -
Kapitel 9. Zusammenfassung und Ausblick
Nicolas FredershausenDer Beitrag befasst sich mit der Herausforderung der Leerguttransportoptimierung in der Automobilindustrie. Es werden drei innovative Strategien zur Steuerung von Ladungsträgern vorgestellt, die darauf abzielen, die Versorgung von Zulieferern zu maximieren und gleichzeitig Transportkosten und Emissionen zu minimieren. Jede Strategie wird mathematisch formuliert und durch spezifische heuristische Lösungsverfahren ergänzt, um realistische Transportpläne zu erstellen. Die experimentelle Performanceanalyse zeigt, dass die werkszentrierte Leerguttransportoptimierung besonders effizient ist und erhebliche Kosteneinsparungen und Emissionsreduktionen ermöglicht. Zudem werden Empfehlungen für die Wahl der optimalen Steuerungsstrategie und des entsprechenden Lösungsverfahrens gegeben, basierend auf realitätsnahen Probleminstanzen und anonymisierten Realdaten.KI-Generiert
Diese Zusammenfassung des Fachinhalts wurde mit Hilfe von KI generiert.
ZusammenfassungIn diesem Kapitel werden die zentralen Inhalte und Erkenntnisse der Arbeit zusammengefasst. Ebenfalls wird in diesem Kapitel ein Ausblick auf Untersuchungsansätze und Fragestellungen gegeben, die Schwerpunkte der weiteren Forschung zur Transportoptimierung im Ladungsträgernetzwerk der Zukunft bilden sollten. -
Backmatter
- Titel
- Transportoptimierung im Ladungsträgernetzwerk der Zukunft
- Verfasst von
-
Nicolas Fredershausen
- Copyright-Jahr
- 2023
- Electronic ISBN
- 978-3-658-43194-5
- Print ISBN
- 978-3-658-43193-8
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-658-43194-5
Informationen zur Barrierefreiheit für dieses Buch folgen in Kürze. Wir arbeiten daran, sie so schnell wie möglich verfügbar zu machen. Vielen Dank für Ihre Geduld.
