Dynamic control for in-plant milk-run systems with volatile transport demand
Final Report Abstract
Routenzugsysteme zur Produktionsversorgung sind derzeit meist mit statischen Routen und festen Abfahrtstakten geplant. Besonders bei starken Schwankungen in den Transportbedarfen sowie bei unvorhergesehen Ereignissen kann eine stabile Materialversorgung oft nur durch die Berücksichtigung von ausreichend Sicherheitspuffer in der Ressourcendimensionierung erreicht werden. Um eine stabile und gleichzeitig effiziente Produktionsversorgung zu garantieren, wurden in diesem Forschungsprojekt dynamische Module für die Routenzugsteuerung entwickelt. Durch die unterschiedliche Ausgestaltung der einzelnen Steuerungsmodule wurden 15 statische bis hin zu volldynamischen Strategien entwickelt und anhand unterschiedlicher Einsatzszenarien evaluiert. Wichtigste Bausteine für die dynamischen Module waren die Berücksichtigung von Zeitfenstern und effizienten Tourenbildungsalgorithmen. Als zugrundeliegendes mathematisches Optimierungsproblem wurde das Vehicle Routing Problem with Time Windows identifiziert und mittels unterschiedlichen Heuristiken und Metaheurstiken gelöst. Die besten Ergebnisse konnten dabei durch den Einsatz eines Multiple Ant Colony Systems erzielt werden. Besonders durch das dynamische Routing sowie die volldynamische Steuerungsstrategie konnten in den Untersuchungen für eine große Bandbreite optimale Ergebnisse im Vergleich zu den anderen Strategien erreicht werden. Zudem zeigte sich die volldynamische Steuerungsstrategie robust gegenüber Layout- sowie Schwankungseinflüssen und erreichte eine hohe Kapazitätsauslastung der Touren bei geringerer zeitlicher Auslastung der Routenzüge. Dahingegen konnten durch die statisch gesteuerten Varianten weit weniger Effizienzoptima erreicht werden. Dennoch erzielten auch diese Strategien in mindestens 20 % der untersuchten Einsatzszenarien einen minimalen Einsatz von Routenzügen. Der Einsatz von dynamischen Routenzugsteuerungen stellt demnach in vielen Einsatzszenarien eine optimale Lösung dar. Allerdings werden für die volldynamische Steuerung auch zustandsaktuelle Informationen aus dem Routenzugsystem besonders hinsichtlich der Zeitfenster der Transportaufträge in digitaler Form benötigt. Weniger Anspruch an Informationsverfügbarkeit kann durch einen permanenten Tourenstart auf statischen Routen, aber mit dynamischen Routing, also dem Abkürzen von Routenabschnitten, erreicht werden. In den Untersuchungen bildete diese Steuerungsstrategie in über 60 % der Einsatzszenarien eine effizienzoptimale Lösung. Um die Eignung einer Steuerungsstrategie für ein Einsatzszenario zu bestimmen, wurden Empfehlungen in Abhängigkeit der Randbedingungen entwickelt. Zusätzlich wurde gezeigt, dass eine konkrete Untersuchung des individuellen Einsatzszenarios, welches aus der Kombination der Randbedingungen entsteht, zu anderen Ergebnissen führen kann, da die Randbedingungen in Wechselwirkung stehen. Für die Auswahl einer Steuerungsstrategie empfiehlt sich daher eine simulative Untersuchung.
Publications
- Einsatz von Routenzugsystemen zur Produktionsversorgung – Studie zu Planung, Steuerung und Betrieb. Lehrstuhl fml, Garching, 2017, ISBN 978-3-941702-79-0
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- Steuerung von Routenzugsystemen – Morphologische Einordnung statischer und dynamischer Steuerungsansätze. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 112 (2017), 11, S. 778 - 782, ISSN 0947-0085
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(See online at https://doi.org/10.3139/104.111821) - Modellierung und Analyse von Bedarfsschwankungen in Routenzugsystemen zur Versorgung von getakteten Variantenproduktionen. In: Wissenschaftliche Gesellschaft für Technische Logistik e. V. (WGTL), Logistics Journal: Proceedings, 2018, S. 247 – 262, ISBN 2192-9084
Lieb, C.; Hormes, F.; Günthner, W. A.; Fottner, J.
(See online at https://doi.org/10.2195/lj_Proc_lieb_de_201811_01) - Modeling and Simulation of Generic Handling Operations in In-Plant Milk-Run Systems. In: 8th International Conference on Industrial Technology and Management, IEEE, Cambridge, UK, 2019, S. 218 – 223. ISBN 978-1-7281-3267-9
Lieb, C.; Prinz, T.; Günthner, W. A.; Fottner, J.
(See online at https://doi.org/10.1109/ICITM.2019.8710720)
