Übersicht von im praktischen Einsatz bewährten Lösungen für Transportprobleme mit Hinweisen auf ihre methodischen Grundlagen

Seminararbeit , 2007 , 26 Seiten , Note: 1,3

BWL - Beschaffung, Produktion, Logistik

Schon in den Jahrhunderten vor Christi Geburt, als sich ein blühender Handel entlang der antiken Seidenstraße entwickelte, war die Transportplanung ein zentraler Aspekt betriebswirtschaftlicher Planungsprozesse. Neben der Anzahl und der Art der Kamele mussten Reiserouten und die Lage von Warenumschlagsplätzen bestimmt werden.
Über die Jahre hinweg ist die Komplexität der Transportplanung stetig gewachsen und wird es auch künftig tun. Der technische Fortschritt, eine verbesserte Verkehrsinfrastruktur, sowie politische und rechtliche Vereinheitlichung auf internationaler Ebene schaffen eine Verschmelzung regionaler und nationaler Märkte. Hierdurch entfernt sich die Nachfrage räumlich vom Angebot. Dazu kommt, dass sich durch das Bestreben nach möglichst niedrigen Lagerbeständen die Sendungsgrößen verringern und das Anspruchsniveau nach schneller, zuverlässiger und günstiger Versorgung steigt. Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung rechnet bis 2020 innerhalb von Europa mit einem Verkehrswachstum von 45 Prozent gegenüber dem Jahr 2000.
Diese Zahl verdeutlicht die enorme Wichtigkeit einer geeigneten Transportplanung, welche neben der Standortplanung und der Lagerhaltung einen wichtigen Teilbereich der wissenschaftlichen Disziplin Logistik darstellt. Fraglich dabei ist, inwieweit die vorhandenen theoretischen Modelle und ihre Lösungen aufgrund der zunehmenden Komplexität realer Transportprobleme (TPP) noch mit der Praxis übereinstimmen.
Ziel der Arbeit ist es dies heraus zu arbeiten. Dazu werden die in Punkt 2 erläuterten methodischen Grundlagen in Punkt 3 auf die Realität übertragen.
Hervorzuheben ist, dass nicht nur Entscheidungen auf Basis von externen Transportvorgängen getroffen, sondern auch innerbetriebliche Planungen durchgeführt werden müssen. In dieser Ausarbeitung stehen aber externe Transporte im Vordergrund.

Inhaltsverzeichnis

1 Entwicklung der Transportplanung

2 Transportplanung
2.1 Transportprobleme und Lösungen
2.1.1 Einstufige Transportprobleme zur Disposition von Gütern
2.1.1.1 Klassisches Transportproblem
2.1.1.2 Modifikationen des klassischen Transportproblems
2.1.1.3 Zuordnungsproblem
2.1.1.4 Weitere einstufige Transportprobleme
2.1.2 Mehrstufige Transportprobleme zur Disposition von Gütern
2.2 Tourenplanung
2.3 Fahrzeugbeladeplanung

3 Transportprobleme in der Praxis
3.1 Lightcycle – Lampenrecycling
3.1.1 Transportplanung
3.1.2 Transportprobleme und praktische Lösungen
3.2 Südzucker – Zuckerrübentransporte
3.2.1 Transportplanung
3.2.2 Transportprobleme und praktische Lösungen
3.3 1x1 Atlanta AG – Fruchttransporte
3.3.1 Transportplanung
3.3.2 Transportprobleme und praktische Lösungen

4 Fazit

Quellenverzeichnis

1 Entwicklung der Transportplanung

Schon in den Jahrhunderten vor Christi Geburt, als sich ein blühender Handel entlang der antiken Seidenstraße entwickelte, war die Transportplanung ein zentraler Aspekt betriebswirtschaftlicher Planungsprozesse. Neben der Anzahl und der Art der Kamele mussten Reiserouten und die Lage von Warenumschlagsplätzen bestimmt werden.

Über die Jahre hinweg ist die Komplexität der Transportplanung stetig gewachsen und wird es auch künftig tun. Der technische Fortschritt, eine verbesserte Verkehrsinfrastruktur, sowie politische und rechtliche Vereinheitlichung auf internationaler Ebene schaffen eine Verschmelzung regionaler und nationaler Märkte. Hierdurch entfernt sich die Nachfrage räumlich vom Angebot. Dazu kommt, dass sich durch das Bestreben nach möglichst niedrigen Lagerbeständen die Sendungsgrößen verringern und das Anspruchsniveau nach schneller, zuverlässiger und günstiger Versorgung steigt. Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung rechnet bis 2020 innerhalb von Europa mit einem Verkehrswachstum von 45 Prozent gegenüber dem Jahr 2000 [ERDM93, S. 1; o.V.06a].

Diese Zahl verdeutlicht die enorme Wichtigkeit einer geeigneten Transportplanung, welche neben der Standortplanung und der Lagerhaltung einen wichtigen Teilbereich der wissenschaftlichen Disziplin Logistik darstellt. Fraglich dabei ist, inwieweit die vorhandenen theoretischen Modelle und ihre Lösungen aufgrund der zunehmenden Komplexität realer Transportprobleme (TPP) noch mit der Praxis übereinstimmen.

Ziel der Arbeit ist es dies heraus zu arbeiten. Dazu werden die in Punkt 2 erläuterten methodischen Grundlagen in Punkt 3 auf die Realität übertragen [DOMS95, S. XI].

Hervorzuheben ist, dass nicht nur Entscheidungen auf Basis von externen Transportvorgängen getroffen, sondern auch innerbetriebliche Planungen durchgeführt werden müssen. In dieser Ausarbeitung stehen aber externe Transporte im Vordergrund.

2 Transportplanung

Die Transportplanung beschäftigt sich im Allgemeinen mit der Gestaltung der Transportnetze und der Steuerung darin ablaufender Transportprozesse. Die Aufgabe der Gestaltung dieser Netze ist langfristig ausgelegt und besteht in der Festlegung der Anzahl und Position der Lager und Umschlagspunkte, sowie der Transportrelationen. Das Festlegen der Transportwege und -mittel für unterschiedliche Sendungsgrößen auf der Basis von zu erwartenden Transportmengen zählt unter anderem zu den mittelfristigen Planungsaufgaben. Hier ist z. B. zu entscheiden, ob eigene oder fremde Transportmittel verwendet werden. Mittel- bis kurzfristiger Natur ist dagegen die Planung des Fahrzeugeinsatzes bzw. die Tourenplanung [FLEI04, S. A3-45f.].

Die Entscheidungsfindung bei der Transportplanung ist nur möglich, wenn mindestens eine Zielfunktion vorhanden ist, anhand derer die einzelnen Alternativen derart bewertet werden können, dass sich eine Lösung ergibt. Bei fast allen Planungen besteht die Zielsetzung in der Minimierung der Kosten für Transporte und Umschlag bei einer vordefinierten Leistung. Zur Zielerreichung muss der Transportprozess genau analysiert und dabei die Kostentreiber bestimmt werden [DINK97, S. 1102; FLEI04, S. A3-46].

Die Transportkosten bestehen aus einem fixen und einem variablen Teil. Variable Transportkosten treten nur beim Betrieb eines Transportmittels auf. Fixe Transportkosten werden auf einen bestimmten Zeitraum (z.B. ein Jahr) bezogen. Oft können fixe und variable Kosten aber nicht voneinander getrennt werden, wodurch auch Mischkosten entstehen. Ein Beispiel sind Arbeitskosten. Diese bestehen zwar größtenteils aus festen Kosten, es können jedoch auch sprungfixe Kosten durch eine notwendige Personalanpassung auftreten. Ein Überblick der wichtigsten Kostenarten ist in Tabelle 1 dargestellt [FISC97, S. 54ff.].

Tab. 1: Kostenarten im Transport [eigene Darstellung in Anlehnung an FISC97, S. 55; ROGL97, S. 1094]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Eine günstige Standortplanung kann Transportkosten reduzieren, indem Fahrweglängen, Transportzeiten und Transportmittelbedarf minimiert werden [TEMP03, S. 75].

2.1 Transportprobleme und Lösungen

Bei den in Punkt 2 beschriebenen systematischen Planungen entstehen oft komplexe Entscheidungsprobleme, welche mit Hilfe mathematischer Optimierungsmethoden gelöst werden können. Voraussetzung dafür ist die Formulierung von Transportmodellen bzw. TPP. Diese lassen sich hinsichtlich einer Reihe von Kriterien unterteilen. Neben der Anzahl der Transportstufen (ein- oder mehrstufig), welche in dieser Ausarbeitung im Vordergrund stehen, sind zum Beispiel noch die Zahl unterschiedlich zu disponierender Güter (Ein- oder Mehrgütermodelle), die Wahl der Transportkosten- oder Zielfunktion (linear oder nichtlinear) und der Informationsgrad der verfügbaren Daten wesentliche Merkmale [SCHO04, S. A2-9; DOMS97, S. 1098].

Der Begriff Transportproblem hat sich, anders als im umgangssprachlichen Gebrauch, in der Optimierung für ein spezielles Netzflussproblem etabliert. Sein mathematisches Modell ist zur Planung von Transportströmen in einem Transportnetz besonders gut geeignet. Das Netz wird dabei durch folgende Elemente abgebildet:

- Versandorte durch Angebotsknoten Ai (i = 1,…,m) mit dem Angebot ai
- Empfangsorte durch Bedarfsknoten Bj (j = 1,…,n) mit dem Bedarf bj
- Lager und Umschlagspunkte durch Zwischenknoten Uk (k = 1,…l)
- Transportverbindungen durch Pfeile (i,j) von Knoten i zu Knoten j mit den Transportkosten cij je Mengeneinheit und gegebenenfalls Kapazitätsober- und -untergrenzen kij und lij je Verbindung
- und Transportmengen durch die Entscheidungsvariablen xij in jedem Pfeil (i,j), die den Fluss im Netz darstellen.

Ziel ist es für Objekte, die von mehreren bekannten Angebots- zu mehreren bekannten Nachfrageorten geliefert werden, einen kostenminimalen Transportplan zu ermitteln, bei dem die Bedingungen der Flusserhaltung erfüllt sind. Dies ist der Fall, wenn jeder Anbieter seine Ware komplett absetzt und die Bedarfe der Nachfrager damit befriedigt sind. Zudem müssen, wenn vorhanden, Kapazitätsrestriktionen lijAbbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten xij Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten kij für jeden Pfeil (i,j) eingehalten werden. Die nachfolgenden TPP werden hieraus modelliert [GRÜN05, S. 50; FLEI04, S. A3-46; TEMP03, S. 263].

2.1.1 Einstufige Transportprobleme zur Disposition von Gütern

Wie Abbildung 1 zeigt, führen bei einstufigen Transportproblemen alle Transportverbindungen durch das Nichtvorhandensein von Umladeknoten direkt von den Angebotsorten zu den Nachfrageorten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: einstufiges TPP [eigene Darstellung]

2.1.1.1 Klassisches Transportproblem

Das in der Literatur am meisten erwähnte einstufige Modell zur Bestimmung optimaler Verbindungen ist das klassische TPP, auch Hitchcock-Problem genannt. Es stellt für viele reale Probleme eine starke Vereinfachung dar. Denn es sieht nur eine einperiodische Betrachtung vor, geht von einem homogenen Transportgut aus und es unterliegen ihm in seiner reinen Form die Annahmen von fehlenden Kapazitätsrestriktionen und linearen Verläufen der Kostenfunktion [WEBE98, S. 95; DOMS00, S. 35; TEMP03, S. 263].

Diese linearen Kosten für den Transport einer Mengeneinheit von Ai nach Bj sind gegeben und betragen cij Geldeinheiten. Ebenfalls sind die Abgabemengen ai und die Nachfragemengen bj bekannt. Um den Gesamtbedarf decken und dabei die Transportkosten minimieren zu können, muss die Anzahl der vom Anbieter Ai zum Nachfrager Bj zu transportierenden Einheiten xij festgelegt werden. Das klassische TPP lässt sich als speziell strukturiertes Lineares-Programmierungs (LP)-Problem mathematisch wie folgt darstellen:

Minimiere die Zielfunktion [Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] unter den Nebenbedingungen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Nebenbedingungen (1) und (2) drücken die Unterstellung der Gleichheit von Gesamtangebot und Gesamtnachfrage aus [SCHO04, S.A2-13; EVER99, S. 15-87].

Für die Lösung dieses LP-Problems kann man den Simplex-Algorithmus anwenden. Dies ist ein iteratives Verfahren, dass nach endlich vielen Schritten zu einer optimalen Lösung führt. Angesichts der Größe realer Probleme ist jedoch die Modellierung selbst mit Softwareeinsatz sehr umständlich [BURK92, S. 269; SCHO04, S. A2-10].

Neben der Simplex-Methode wurden noch zahlreiche, effizientere Algorithmen entwickelt. Diese lassen sich generell in zwei Gruppen unterteilen. Zum einen die Eröffnungsheuristiken, die eine zulässige, aber im Allgemeinen noch nicht optimale Ausgangslösung des Problems ermitteln, zum anderen die Verbesserungsverfahren, die diese Ausgangslösung bis hin zur Optimalität iterativ verbessern [SCHO04, S. A2-13; DOMS95, S. 116].

Bei der Auswahl einer Eröffnungsheuristik muss man abwägen zwischen der Qualität der zu erzeugenden zulässigen Ausgangslösung und des Rechenaufwandes zu ihrer Ermittlung. Die bekannteste aller Eröffnungsheuristiken ist die Nord-West-Eckenregel. Sie ist sehr verständlich und erfordert nur einen geringen Rechenaufwand. Ihr Nachteil ist, dass sie die Kostenmatrix cij nicht berücksichtigt und schnell eine schlechte Basislösung liefert. Andere Verfahren dagegen, wie die Vogel’sche Approximationsmethode, berücksichtigen explizit die anfallenden Transportkosten und erreichen dann, allerdings mit einem hohen Rechenaufwand, eine nahezu optimale Lösung. Am effizientesten sind Eröffnungsheuristiken mit mittlerer Qualität und mittlerem Rechenaufwand, wie die Spaltenminimum-Methode, in Verbindung mit einem Verbesserungsverfahren. Sie stellen hinsichtlich der beiden Extrema einen Kompromiss dar. Bekannte Verbesserungsverfahren sind zum Beispiel die Stepping-Stone-Methode und die modifizierte Distributionsmethode (MODI) [DOMS95, S. 116ff.; DOMS05, S. 82ff.].

[...]

• Hochschule: Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• Note: 1,3
• Autor: Maximilian Hofmann (Autor:in)
• Erscheinungsjahr: 2007
• Seiten: 26
• Katalognummer: V75275
• ISBN (eBook): 9783638798037
• Sprache: Deutsch
• Schlagworte: Einsatz, Lösungen, Transportprobleme, Hinweisen, Grundlagen