Zweiebenenoptimierung für die Planung von Logistik-Service-Netzen

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Buchheim; Professor Dr.-Ing. Uwe Clausen
• Fachliche Zuordnung: Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504583220

Die Struktur eines Logistik-Service-Netzes stellt einen wesentlichen Einfluss- und Erfolgsfaktor für die Qualität und Rentabilität von Logistikdienstleistungen dar. Eine typische Wahl für den Transport von Paketsendungen sind Hub-and-Spoke-Netze. Hierbei lassen sich durch die Wahl der Hub-Standorte Bündelungseffekte erzielen, die die Effizienz des Netzes steigern können. Die grundlegenden mathematischen Modelle zur Optimierung von Hub-and-Spoke-Netzen wurden in vorangegangenen Projekten schrittweise erweitert, um fahrzeugabhängige Kosten sowie Unsicherheiten in den Sendungsvolumen zu integrieren. Unbeachtet ist bislang das Verhalten der Kunden geblieben, das sich z.B. durch die Wahl zwischen Standard- und Expressversand, abhängig vom jeweiligen Preis, ausdrücken kann. Mit dem Expressversand ist ein Serviceversprechen für die Durchlaufzeit der Sendungen verbunden, welches sich mittels Direktverkehren zwischen den Depot-Standorten realisieren lässt. Zu beachten ist allerdings, dass die Expresssendungen das Sendungsvolumen auf den Hub-Standorten mindern und somit einen negativen Einfluss auf die Bündelungseffekte haben. Daher ist das zentrale Ziel dieses Forschungsvorhabens, ein Zweiebenenoptimierungsmodell für die Planung von Logistik-Service-Netzwerken zu entwickeln und zu lösen, das das Kundenverhalten adäquat und realitätsnah abbildet. Die logische Abfolge der Entscheidungen in diesem Modell ist die folgende: Zunächst werden die Preise für Express- und Standardversand festgelegt. Daraus ergeben sich, basierend auf der resultierenden Kundenentscheidung, die erwarteten Sendungsvolumina für jede Relation und Versandart. Für diese wird ein optimales Routing im Transportnetz berechnet. Ein wesentlicher Aspekt der Zweiebenenoptimierung besteht nun darin, dass die Preis- und Routingentscheidungen gleichzeitig optimiert werden und dabei die Kundenentscheidungen, die sich durch die Preise ergeben, bereits antizipiert werden. Ziel ist dabei die Maximierung des Gesamtgewinns. Die Modellierung dieses Optimierungsproblems wirdschrittweise erweitert, um beispielsweise Fahrzeugumläufe und Unsicherheiten (insbesondere Nachfrageschwankungen) sowie eine realistischere Modellierung der Transportkosten zu betrachten. Ebenfalls werden in regelmäßigen Abständen die Anwendbarkeit der entwickelten Optimierungsverfahren auf die Praxis untersucht sowie die Verfahren prototypisch implementiert. Das Prozessverständnis im Bereich der Kurier-, Express- und Paketbranche des Instituts für Transportlogistik und die Expertise in mathematischen Modellierungs- und Optimierungsmethoden des Lehrstuhls für Diskrete Optimierung sowie deren langjährige Zusammenarbeit ermöglichen die erfolgreiche Bearbeitung des beantragten Projektes. Ziel sind dabei neben der Entwicklung praxisnaher Methoden zur Entscheidungsunterstützung bei der Planung von Transportnetzen auch allgemeine mathematische und methodische Fortschritte auf dem höchst aktuellen Forschungsgebiet der Zweiebenenoptimierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen