IT-gestützte Planung und Steuerung von Seehafen-Container-Terminals: Unterstützung von Layoutplanung mit Hilfe von Optimierung und Simulation
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das abgeschlossene Forschungsprojekt betrachtete die computerbasierte Entscheidungsunterstützung bei der strategischen Layoutplanung von Container-Terminals in Seehäfen. Die primäre Zielsetzung des Projektes bestand darin, Optimierungs- und Simulationsmodelle sowie deren Lösungsmethoden zur Unterstützung der Layoutplanung zu entwickeln und zu evaluieren. Den Ausgangspunkt bildete eine Analyse der Einflussfaktoren und Rahmenbedingungen. Hierbei wurden unterschiedliche Faktoren identifiziert, wobei sich insbesondere der Einfluss der Betriebsmittel wähl auf die Layoutplanung zeigte. Unter der Berücksichtigung der erarbeiteten Rahmenbedingungen und deren Anforderungen wurde ein Optimierungsmodell zur ganzheitlichen Layoutplanung entwickelt. Hierbei werden alle positionierbaren Elemente eines Container-Terminal Layouts berücksichtigt unter der Einschränkung, dass Blockanzahl und Dimensionen der Blöcke gegeben sind. Somit können alle betrachteten Layoutklassen in diesem Modell berücksichtigt werden. Ein weiteres Optimierungsmodell wurde für die Layoutplanung des Lagerbereichs entwickelt, wobei der Fokus auf typische Rubber Tyred Gantries (RTG) gelegt wird. Durch den Fokus auf spezielle Layoutklassen konnte eine Modellvereinfachung erzielt werden. Ähnliches gilt für die Layoutklassen für Straddle Carrier (SC) und Automated Rail Mounted Gantries (A-RMG). Auch hier wurden jeweils neue Modelle entwickelt. Zur Lösung der Modelle wurden weitere Möglichkeiten einer Modellvereinfachung untersucht. Die Vorgaben kormten durch die Beschränkung auf einen Typ von Layoutklassen genutzt werden, um eine Vielzahl an möglichen Layoutoptionen auszuschließen. Des Weiteren wurde für das Optimiemngsmodell zur ganzheitlichen Layoutplanung ein genetischer Algorithmus sowie für die Lösung von Instanzen für das RTG-basierte Modell eine VND Heuristik entwickelt. Zur Bewertung des Einflusses einer Veränderung des Terminallayouts auf die Performance des gesamten Container-Terminal-Systems wurde ein ereignisorientiertes Simulationsmodell entwickelt. Die modulare Gestaltung des Simulationsmodells ermöglicht verschiedene Szenarien sowie imterschiedliche Technologien im Modell abzubilden. Das Simulationsmodell ist dafür ausgelegt, unterschiedliche Layouts eines Container-Terminals zu simulieren und Leistungskennzahlen wie z.B. seeseitige Containerbewegungen (Quay Crane moves) pro Stunde zu messen und für die verschiedenen Layouts zu vergleichen. Anhand von Simulationsstudien wurde die Eignung unterschiedlicher Layoutstrukturen bzw. Layoutklassen für bestimmte Containerflussszenarien untersucht. Im Projekt konnten viele Aspekte detailliert ausgearbeitet werden, die die Eignung verschiedener Layoutstrukturen für gegebene Equipment-Typen bewerten und priorisieren. Während der Ausarbeitung der einzelnen Arbeitspakete entstanden diverse Prototypen, die für einen Einsatz in einem Entscheidungsunterstützungssystem weiterentwickelt werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Decision support for strategic layout planning of container terminals. International Conference Operations Research 2008, Augsburg, 3.- 5. September 2008
Wiese, J., Kliewer, N. and Suhl, L.
- Designing container terminal layouts using mathematical programming. 3rd German-Korean Workshop on Container Terminal Management, Bremen, 27.-31. August 2008
Wiese, J., Suhl, L. and Kliewer, N.
- Layout optimization of container terminals using mathematical programming and simulation. In: L. Bruzzone, A.; Longo, F.; Merkuriev, Y.; Mirabelli, G. & Piera, M. A. (ed.): The International Workshop on Harbour, Maritime & Multimodal Logistics Modeling & Simulation, 2008
Wiese, J., Kliewer, N. and Suhl, L.
- Layout optimization of container terminals using mathematical programming and simulation. The 11th International Workshop on Harbour, Maritime & Multimodal Logistics Modeling & Simulation, Campora S. Giovanni, 17.-19. September 2008
Wiese, J., Kliewer, N. and Suhl, L.
- (2009). Mathematical programming and simulation based layout planning of container terminals. Int. J. Simulation and Process Modelling, Vol. 5, No. 4,8.313-323
Wiese, J., Suhl, L. and Kliewer, N.
- A Genetic Algorithm for Container Terminal and Facility Layout Planning. Metaheuristic International Conference VIII, MIC 2009, Hamburg, 13.-6. Juli 2009
Pawlak, P., Wiese, J. and Kliewer, N.
- A Genetic Algorithm for Container Terminal and Facility Layout Planning. MIC 2009 Proceedings, Metaheuristic International Conference VIII, Hamburg, 2009
Pawlak, P., Wiese, J. and Kliewer, N.
- A survey of container terminal characteristics and equipment types. DSOR Working Paper 0901, März 2009
Wiese, J., Suhl, L. and Kliewer, N.
- Integer programs for designing optimal container yards. 23th European Conference on Operational Research, EURO 2009, Bonn, 5.-8. Juli 2009
Wiese, J., Suhl, L. and Kliewer, N.
- Planning Block Widths for Storage Yards of Container Terminals with Parallel Blocks. Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management, Hong Kong, 2009, S. 1969 - 1973
Wiese, J.
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1109/IEEM.2009.5373223) - Planning Block Widths for Storage Yards of Container Terminals with Parallel Blocks. The 2009 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management, IEEM 2009, Hong Kong, 8.- 11. Dezember 2009
Wiese, J.
- (2010). Mathematical models and solution methods for optimal container terminal yard layouts. OR Spectrum, Vol. 32, No. 3, S. 427 - 452. (Special Issue: IT-based Planning and Control of Seaport Container Terminals and Freight Transportation Systems)
Wiese, J., Suhl, L. and Kliewer, N.
- Designing Optimal Yard Layouts for Container Terminals. INFORMS Annual Meeting 2010, Austin, Texas, USA, 7. - 10. November 2010
Suhl, L.
- Planning Storage Yard Layouts of Container Terminals. The 2010 International Conference on Logistics and Maritime Systems, LOOMS, Busan, Korea, 15.-17. September 2010
Wiese, J., Suhl, L. and Kliewer, N.
- Simulation based evaluation of container terminal yard layouts. 24th European Conference on Operational Research, EURO 2010, Lisbon, 11.-14. Juli 2010
Wiese, J., Suhl, L. and Kliewer, N.
