Forschungsprojekte

Forschungsergebnisse aus den laufenden Promotionsvorhaben werden regelmäßig im Rahmen des Doktorandenworkshops Nordost präsentiert.

Transportoptimierung in Leergut-Behälternetzwerken der Volkswagen AG

Die Volkswagen Konzernlogistik GmbH & Co. OHG verantwortet die Planung, Steuerung und Überwachung der Transportnetzwerke im Konzernnetzwerk der Volkswagen AG. Hierzu gehört der Transport fremdgefertigter Bauteile von den Lieferanten zu den konzernweiten Produktionswerken, der aufgrund der Tatsache, dass der Transport einzelner, loser Bauteile weder aus wirtschaftlicher noch aus logistischer Sicht sinnvoll ist, nahezu ausschließlich in Mehrweg-Ladungsträgern erfolgt. Die befüllten Ladungsträger werden nach Ankunft im Werk bedarfsgerecht an der Produktionslinie angestellt oder just-in-time an das Produktionsband transportiert, bevor die Teile für den Verbau im Fahrzeug entnommen werden. Damit der Ladungsträgerkreislauf geschlossen wird und auch zukünftige Bauteillieferungen in den Mehrweg-Ladungsträgern erfolgen können, ist ein Rücktransport des Leergutes von den Werken zu den Lieferanten zwingend erforderlich. Diese nicht direkt wertschöpfenden Transporte sind kostenintensiv und verursachen hohe CO2-Emissionen. Nicht zuletzt, da sich Volkswagen im Rahmen der Konzernstrategie „TOGETHER 2025⁺“ sowie der daraus abgeleiteten goTOzero-Strategie verpflichtet hat, bis 2025 im Vergleich zum Jahr 2018 30% der CO2-Emissionen einzusparen und im Jahr 2050 bilanziell CO2-neutral zu sein, besteht ein hohes Interesse an neuen Optimierungsansätzen.

Ziel dieses Dissertationsvorhabens ist es, die Leerguttransporte von Werken zu Lieferanten im Hinblick auf heutige und zukünftige Anforderungen möglichst effizient zu planen. In enger Zusammenarbeit mit der Volkswagen Konzernlogistik sollen neue Konzepte für die Ladungsträgerallokation im Transportnetzwerk entwickelt und anhand einer experimentellen Performanceanalyse auf Basis realitätsnaher Testinstanzen miteinander verglichen werden. Die zentrale Herausforderung besteht dabei zum einen in der schieren Größe des Optimierungsproblems und zum anderen in der Komplexität der Prozessstrukturen. So gilt es bei dem zu lösenden Transportproblem neben rund 50 Werken, mehr als 1.000 Lieferanten sowie circa 50 Universalladungsträgertypen auch Sendungslaufzeiten, degressive Transportkosten und verschiedene Verkehrsträger zu berücksichtigen. Aufgrund der Zugehörigkeit des zugrundeliegenden Dynamic Multicommodity Fixed Charge Transport Problems zur Klasse der NP-schweren Probleme in Kombination mit der Größe der zu lösenden Instanzen stoßen Standardsolver an ihre Grenzen. Daher soll das Hauptaugenmerk im Rahmen des Forschungsvorhabens auf der Entwicklung heuristischer Lösungsansätze liegen. In einem ersten Schritt soll ein realitätsnahes Instanzset für die Problemstellung des Leerguttransportproblems generiert werden. Im nächsten Schritt sollen für die vorliegende Problemstruktur bestehende Netzwerkansätze aufgegriffen und neue Ansätze konzeptioniert werden, bevor Lösungsverfahren für die Erzeugung möglichst guter, zulässiger Lösungen entwickelt werden. Im Fokus steht hierbei die Entwicklung von für die Problemstellung spezifischen Konstruktionsheuristiken. Anschließend sollen die so erzeugten Lösungen durch den Einsatz geeigneter Verbesserungsverfahren weiter verbessert werden.  

Tourenplanung innerbetrieblicher Abrollcontainern-Logistik

Das weltweite Transportaufkommen wächst seit Jahren kontinuierlich. Allein in Deutschland betrug das Transportaufkommen im Jahr 2019 laut Statista über 4000 Millionen Tonnen. Der Großteil dieser Transporte wurde per LKW auf der Straße durchgeführt. Neben dem Transport im öffentlichen Raum finden Transporte im innerbetrieblichen Bereich statt. Der Transport von Waren birgt selbst keine Wertschöpfung. Seine Notwendigkeit und damit sein Wert, ergibt sich aus der Verfügbarkeit einer Ware an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit. Eine effiziente Bewältigung bestehender Transportbedarfe birgt daher Potentiale zur Einsparung von Kosten und zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eines Transportsystems.

Im intermodalen Verkehr können Abrollcontainer-Transportsysteme eingesetzt werden. Abrollcontainern sind Ladungsträger, die über Rollen und einen Haken zur Aufnahme verfügen. Sie ermöglichen einen schnellen Umschlag ohne stationäre Ladehilfen. Im Bergbau eignet sich ihr Einsatz durch den intermodalen Transport von Gütern über und unter Tage per Transportfahrzeug und deren Schachttransport. Während der Unterrahmen der Container genormt ist, eröffnen unterschiedliche Aufbauten vielfältige Einsatzzwecke. Als Beispiele seien an dieser Stelle Aufbauten für Schüttgüter, flexible Ladeflächen mit Flügeltüren, Tanks und Maschinenaufbauten genannt.

Gemeinsam mit der K+S AG betrachten wir am Standort Zielitz Planungsaufgaben im Bereich des Transports von Abrollcontainern. Erfasst werden dabei alle Transporttätigkeiten von der Lieferung von leeren Abrollcontainern über den Transport beladener Abrollcontainern zur Bedienung von Materialieferungen und -abholungen mit Abrollcontainern. Ziel ist eine ganzheitliche Planung zur effizienten Durchführung anfallender Transportbedarfe.

Der praktische Einsatz computergestützter Lösungsverfahren erfordert kurze Rechenzeiten bei guter Lösungsqualität. Im Rahmen des Projekts werden daher heuristische Lösungsalgorithmen entwickelt.

Mittelfristige Planung von Flexibilitätsinstrumenten in der Fließreihen- und Fließstraßenfertigung am Beispiel der Automobilindustrie

In gesättigten Triademärkten steigen die Marktanforderungen an die Automobilindustrie: Der Kunde erwartet attraktive Produkte in allen Fahrzeugklassen, so dass auch im Premiumsegment Mehrpreise nur durch kundenerfahrbaren Mehrwert erzielt werden. Die Hersteller reduzieren die Produkt-Lebenszyklen, produzieren Nischenprodukte, steigern den Innovationsgrad und die für den Kunden erlebbare Variantenvielfalt. Entwicklungsseitig wird durch eine fertigungsgerechte Produktentwicklung und damit einhergehende Modularisierungs- und Standardisierungskonzepte sichergestellt, dass die komplexen Produkte zu akzeptablen Kosten produziert werden können. In der Produktion erzeugt der Kostendruck eine konsequente Wertschöpfungsorientierung.

Voraussetzung für hohe Umsatzrenditen der Hersteller ist allerdings eine hohe Auslastung der Fertigungslinien, die in zunehmend dynamischen und unsicheren Märkten nur durch eine hohe Flexibilität zu erzielen ist. Auf baureihenflexiblen Linien für den Volumenmarkt können so neben den stark standardisierten Produkten ohne Schwierigkeiten Nischenprodukte integriert werden. Im Premiumsegment ist dies schwieriger, da eine effiziente Fertigung der variantenreichen und sich stark unterscheidenden Fahrzeuge auf baureihenflexiblen Linien nur teilweise möglich ist. Aus diesem Grund gewinnen für diese Hersteller neben der baureihenflexiblen Linie auch andere Flexibilitätskonzepte an Bedeutung.

Im Rahmen einer Forschungskooperation mit dem Forschungszentrum Ulm der DaimlerChrysler AG werden die Möglichkeiten der Planung von Flexibilitätsinstrumenten innerhalb eines Planungszeitraums von ca. 3-5 Jahren untersucht.

Unter Beachtung von beschränkten Pufferkapazitäten zwischen den einzelnen Gewerken und vielfältigen technischen Restriktionen liegt das Hauptaugenmerk der Forschung auf der mittelfristigen Personalbedarfsplanung. Unter Berücksichtigung gesetzlicher, tariflicher und unternehmensinterner Regelungen wird dabei die Schicht- und Pausenplanung bei schwankendem Arbeitskräftebedarf mit dem Konzept der Lernkurven kombiniert. Die Schwankungen des Arbeitskräftebedarfs ergeben sich dabei hauptsächlich aus den zeitlich nicht-konstanten Bedarfen an Endprodukten und der daraus resultierenden Notwendigkeit anzupassender Arbeitszeiten und Produktionsgeschwindigkeiten auf den einzelnen Fertigungslinien. Das Lernkurvenkonzept ist dazu geeignet, Beschleunigungen durch regelmäßige Übung von neu erlernten Arbeitsprozessen nach einer Rekonfiguration einer Fertigungslinie abzubilden.

In einem weiteren Schritt wird die Abhängigkeit der Fertigungslinien untereinander, die bereits im Rahmen der Personal(-einsatz-)planung besteht, durch die Möglichkeit der Verteilung des Produktionsprogramms auf parallele Fertigungslinien ergänzt und verstärkt.

Die entwickelten Verfahren werden an geeigneten Fallbeispielen getestet und sollen anschließend in die interne Softwareumgebung des Kooperationspartners zur Produktionsplanung und -steuerung integriert werden.