Integrationsstrategien für Routing- und Allokationsmodelle in dynamischen und stochastischen Logistiknetzwerken

Huth, Thomas

Problemstellungen in der Logistik unterliegen häufig dynamischen Einflüssen. Diese können durch eine moderne Informations- und Kommunikationsinfrastruktur bei der Lösung dieser Probleme berücksichtigt werden. Es ist anzunehmen, dass durch die Nutzung aller relevanten (dynamischen) Informationen in einem Entscheidungsunterstützungssystem qualitativ höherwertige Entscheidungen getroffen werden können. Beim Wechselcontainerproblem (SCP) handelt es sich um ein solches dynamisches Problem, das sich mit der Optimierung beim Einsatz von Ressourcen beschäftigt. Es tritt beispielsweise bei großen Paketdienstleistern auf, die ihr Paketaufkommen aus Effizienzgründen in großen Netzwerken gebündelt transportieren. Jedoch ist es für die Abbildung als Gesamtmodell und die anschließende Lösung zu komplex. Eine Möglichkeit das SCP zu vereinfachen besteht in dessen Dekomposition in ein Transportproblem und in ein Tourenplanungsproblem. Die identifizierten Teilprobleme moderater Komplexität können anschließend sukzessive gelöst werden. Allerdings ist es aufgrund mangelnder Integration nahezu ausgeschlossen, eine optimale Lösung zu erhalten. Eine Herangehensweise die Interdependenzen zwischen den Teilproblemen zu berücksichtigen, ist deren geschickte Verflechtung. Dazu greife ich auf zwei von Geoffrion1999 allgemein formulierte Integrationsstrategien zurück. Um diese Problemintegration umzusetzen, ist es notwendig, Modelle der Teilprobleme zu formulieren. Der Entwicklung mathematischer Modelle kommt somit eine herausragende Rolle in dieser Dissertation zu. Zusätzlich gibt die Arbeit einen umfassenden Überblick zu Lösungsverfahren für die Teilprobleme. Mit Anpassungen sind diese dann auf die integrierten Planungsansätze übertragbar. Die Schlussfolgerungen für das betrachtete Problem in Bezug auf den Erfolg von Integrationsstrategien stützen sich auf umfangreiche rechnergestützte Studien. Die allgemeine Formulierung der Integrationsstrategien durch Geoffrion1999 lässt viel Raum für eine problemspezifische Parametrisierung. Der Vergleich der entwickelten problemspezifischen Planungsstrategien und damit die Untersuchung der Vorteilhaftigkeit von Integration ist ein weiterer Schwerpunkt. Mit der Diskussion der aufgeworfenen Forschungsfragen bei deterministischen und stochastischen Daten beschäftigt sich ein wesentlicher Teil der Arbeit. Bei der Modellintegration ist zu beobachten, dass die Entscheidung für eine allgemeine Strategie durch die Betrachtung eines bestimmten Problems zu sehr speziellen Planungsansätzen führt. Die gewonnenen Erkenntnisse sind daher lediglich bedingt auf andere Probleme übertragbar. Die vorliegende Arbeit soll als ein Beitrag dazu gesehen werden, wie über die Analyse der Struktur und die Modellierung eines komplexen Problems und das Konzept der Integration ein Beitrag zur Lösung geliefert werden kann. Es steht mehr die konzeptionelle Herangehensweise an die Problemlösung als die speziell für dieses logistische Problem gewählte Komposition aus Modellen und Algorithmen im Vordergrund der Arbeit.

Logistic problems are typically influenced by dynamically occurring events. These events are addressed in problem solving through modern information systems based on communication technologies. The usage of the information provided by these systems surely results in more efficient decisions. The Swap Container Problem (SCP) is a dynamic problem arising in the field of transportation and logistics. The main goal is the optimization of resource management. Large parcel service providers are faced with the SCP because parcels have to be consolidated in order to realize savings stemming from cost degression effects. However, modeling the SCP leads to a highly complex NP-hard mathematical model. One way to overcome this issue is the decomposition of the SCP in two subproblems, the transportation and the routing problem. These two problems can be solved successively using well known algorithms from operations research literature. Because of decomposition, obtaining the optimal solution is almost impossible. Interdependencies between both subproblems are considered by integration approaches. In 1999 Geoffrion has proposed two general strategies how integration in general can be achieved. A main contribution to develop integration procedures is the formulation of mathematical models and surveying solution methods in order to adopt these methods for integration strategies. A comprehensive computational study for the dynamic-deterministic as well as the dynamic-stochastic SCP illustrates the predominance of integration approaches compared with the successive solution of the subproblems. To achieve high quality solutions by integration, an extensive and problem specific parameterization of these approaches has to be performed. This is another main issue of this thesis. Integration strategies are highly problem specific approaches for problem solving. Even a transfer to a quite similar problem domain may require major adaptations. Results of the experiments performed have to be re-interpreted on the basis of the problem at hand. Consequently, this thesis proposes ideas of how to analyze the structure of complex problems, and to transfer general integration strategies by exploiting these structures.

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Huth, Thomas: Integrationsstrategien für Routing- und Allokationsmodelle in dynamischen und stochastischen Logistiknetzwerken. 2009.

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