Exakte und heuristische Verfahren für unsichere und zeitabhängige Hub-Location-Probleme mittels quadratischer Optimierung

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Buchheim; Professor Dr.-Ing. Uwe Clausen
• Fachliche Zuordnung: Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 201197672

Hub-Location-Probleme behandeln die strategische Planung von Transportnetzen: Für eine Anzahl an Depots sollen untereinander Sendungen ausgetauscht werden. Da die Etablierung einer Direktverbindung von jedem Depot zu jedem anderen Depot zu kostenintensiv ist, wird stattdessen eine Reihe von Standorten als Hubs ausgewählt; jede Sendung wird vom Start- zum Zieldepot über ein oder zwei Hubs geroutet. Diese Vorgehensweise lohnt sich, sofern die Einsparungen durch Transportbündelung die zusätzlichen Kosten der Hubs überschreiten. Fünfundzwanzig Jahre nach Beginn der Hub-Location-Forschung stellt die strategische Planung von Transportnetzwerken immer noch eine Herausforderung dar. Für die stark vereinfachten Modelle der Achtziger Jahre stehen mittlerweile ausgereifte Algorithmen zur Verfügung. Hier wird jedoch mit einem Transportkostensatz pro Tonnenkilometer gerechnet, der auf Hub-Hub-Verbindungen mit einem festen Faktor diskontiert wird. Dies führt mitunter zur Einplanung schlecht ausgelasteter Fahrzeuge. Weiterhin werden alle Daten als bekannt vorausgesetzt und mögliche Schwankungen oder Störungen ignoriert.Für anwendungsnahe Modelle besteht noch großer Forschungsbedarf. In der ersten Projektphase wurden schon wesentliche Fortschritte bezüglich der Modellintegration komplexer Transportkostenfunktionen erzielt. In enger Zusammenarbeit der Projektpartner wurden dabei heuristische und exakte Optimierungsverfahren entwickelt, welche gute Lösungen auch bei großen, realistischen Problemgrößen berechnen. Gerade bei Single-Allocation-Problemen, in denen die Sendungen ohne Sortierung zu dem gewählten Hub transportiert werden (wie etwa in Postnetzen), haben sich die entwickelten quadratischen Optimierungsmethoden bewährt.Wesentlich für die Einsetzbarkeit der diskutierten Modelle ist es nun, den Schritt von deterministischen zu stochastischen Daten zu gehen. In der Realität sind Transportmengen und -zeiten nicht vorher bekannt und Hubausfälle können ein schlecht geplantes Netzwerk empfindlich stören. Daher wollen wir in der neuen Projektphase stochastische und robuste Modelle aufbauen und mit einer Kombination aus heuristischen und exakten Optimierungsverfahren lösen. Hierbei setzen wir unseren Fokus auf Single-Allocation-Modelle, da wir in diesem Bereich durch unsere erfolgreichen Vorarbeiten eine gute Grundlage gelegt haben, um im Projektzeitraum wirklich tragfähige Ergebnisse zu erzielen. Mit unserem Projekt wollen wir einen Beitrag zur Lösung anwendungsnaher Transportplanungsprobleme leisten, aber auch algorithmisch und mathematisch in neue Bereiche vorstoßen, besonders in der Kombination von quadratischen Optimierungstechniken mit stochastischen Einflüssen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen