Stochastische Optimierung für die Umpositionierung von Linienschiffen

• Antragsteller: Professor Dr. Achim Koberstein; Professor Dr. Kevin Tierney
• Fachliche Zuordnung: Accounting und Finance
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 346183302

Ein zentrales Problem in der Linienschifffahrt ist die effiziente Umpositionierung von Containerschiffen zwischen den Routen eines Netzwerks. Es soll ein Umpositionierungsplan gefunden werden, in dem die Kraftstoffkosten und Hafengebühren minimiert werden. Dabei soll der Fluss der Container so wenig wie möglich beeinflusst werden. Dieses Problem ist NP-schwer und wurde bisher nur mit deterministischen Lösungsverfahren behandelt. Jedoch sind die Eingabedaten des Problems stochastisch. Z. B. kann die Nachfrage nach Containern variieren, die Fahrzeiten können abweichen oder es können unvorhergesehene Störungen bei der Durchführung der Dienste auftreten. Der Einsatz eines stochastischen Optimierungsproblems ist hier notwendig, um einerseits robustere Lösungen für die Industrie generieren zu können. Andererseits kann so die Forschung im Bereich der stochastischen maritimen Logistik vorangetrieben werden.Jedes Jahr werden sehr viele Umpositionierungen durchgeführt, die jeweils Kosten in einer Höhe von ca. 1 Mio. Euro verursachen. Tierney et al. (2014) zeigen potenzielle Gewinne für einen einzigen Umpositionierungsplan in Höhe von bis zu 14 Mio. USD gegenüber dem Plan, der von einem großen Linienschifffahrtsunternehmen erstellt wurde. Optimierte Umpositionerungspläne erzeugen einen geringeren Kraftstoffverbrauch und können daher auch den CO2- und SOx-Fußabdruck der Reedereien reduzieren.Ziel des Umpositionierungsproblems ist es, einen kostenminimalen Plan zu finden, der Schiffe von deren ursprünglichen Routen zu einer neuen Route führt, wobei der Containertransport maximiert wird und domänenspezifische Bedingungen eingehalten werden müssen. Die Netzwerke bestehen aus zyklischen, regelmäßigen Diensten zwischen den Häfen. Diese bestehenden Fahrpläne müssen bei der Umpositionierung der Schiffe beachtet werden. Zusätzlich können Schiffe verschiedene Aktivitäten unternehmen, um Kosten zu sparen und Gewinne zu erzielen z. B. die Umpositionierung leerer Container oder die Nutzung bestehender Dienste. Der Kraftstoffverbrauch steigt sehr stark bei wachsender Geschwindigkeit, daher muss diese bestimmt werden.In diesem Forschungsvorhaben werden stochastische Optimierungstechniken benutzt, um robuste Umpositionierungspläne zu erstellen. Diese Arbeiten können für andere Probleme im Bereich der maritimen Logistik mit ähnlichen Strukturen genutzt werden. Zudem wird in diesem Forschungsvorhaben erstmals stochastische Optimierung in der Linienschifffahrt angewendet. Wir entwickeln exakte und heuristische Methoden für diese schwierigen, praxis-relevanten Probleme erstellen. Insgesamt sind unsere Ergebnisse nicht nur für die Forschungsgemeinschaft relevant, sondern aufgrund der zu erwartenden Kosteneinsparungen auch für die Industrie sehr nützlich. Mit den Algorithmen, die innerhalb dieses Projektes entwickelt werden, wird es möglich sein, den Transportunternehmen günstigere Preise anzubieten und gleichzeitig die Umweltbelastung zu verringern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen