IT-gestützte Planung und Steuerung von Seehafen-Container-Terminals: Unterstützung von Layoutplanung mit Hilfe von Optimierung und Simulation
Final Report Abstract
Das abgeschlossene Forschungsprojekt betrachtete die computerbasierte Entscheidungsunterstützung bei der strategischen Layoutplanung von Container-Terminals in Seehäfen. Die primäre Zielsetzung des Projektes bestand darin, Optimierungs- und Simulationsmodelle sowie deren Lösungsmethoden zur Unterstützung der Layoutplanung zu entwickeln und zu evaluieren. Den Ausgangspunkt bildete eine Analyse der Einflussfaktoren und Rahmenbedingungen. Hierbei wurden unterschiedliche Faktoren identifiziert, wobei sich insbesondere der Einfluss der Betriebsmittel wähl auf die Layoutplanung zeigte. Unter der Berücksichtigung der erarbeiteten Rahmenbedingungen und deren Anforderungen wurde ein Optimierungsmodell zur ganzheitlichen Layoutplanung entwickelt. Hierbei werden alle positionierbaren Elemente eines Container-Terminal Layouts berücksichtigt unter der Einschränkung, dass Blockanzahl und Dimensionen der Blöcke gegeben sind. Somit können alle betrachteten Layoutklassen in diesem Modell berücksichtigt werden. Ein weiteres Optimierungsmodell wurde für die Layoutplanung des Lagerbereichs entwickelt, wobei der Fokus auf typische Rubber Tyred Gantries (RTG) gelegt wird. Durch den Fokus auf spezielle Layoutklassen konnte eine Modellvereinfachung erzielt werden. Ähnliches gilt für die Layoutklassen für Straddle Carrier (SC) und Automated Rail Mounted Gantries (A-RMG). Auch hier wurden jeweils neue Modelle entwickelt. Zur Lösung der Modelle wurden weitere Möglichkeiten einer Modellvereinfachung untersucht. Die Vorgaben kormten durch die Beschränkung auf einen Typ von Layoutklassen genutzt werden, um eine Vielzahl an möglichen Layoutoptionen auszuschließen. Des Weiteren wurde für das Optimiemngsmodell zur ganzheitlichen Layoutplanung ein genetischer Algorithmus sowie für die Lösung von Instanzen für das RTG-basierte Modell eine VND Heuristik entwickelt. Zur Bewertung des Einflusses einer Veränderung des Terminallayouts auf die Performance des gesamten Container-Terminal-Systems wurde ein ereignisorientiertes Simulationsmodell entwickelt. Die modulare Gestaltung des Simulationsmodells ermöglicht verschiedene Szenarien sowie imterschiedliche Technologien im Modell abzubilden. Das Simulationsmodell ist dafür ausgelegt, unterschiedliche Layouts eines Container-Terminals zu simulieren und Leistungskennzahlen wie z.B. seeseitige Containerbewegungen (Quay Crane moves) pro Stunde zu messen und für die verschiedenen Layouts zu vergleichen. Anhand von Simulationsstudien wurde die Eignung unterschiedlicher Layoutstrukturen bzw. Layoutklassen für bestimmte Containerflussszenarien untersucht. Im Projekt konnten viele Aspekte detailliert ausgearbeitet werden, die die Eignung verschiedener Layoutstrukturen für gegebene Equipment-Typen bewerten und priorisieren. Während der Ausarbeitung der einzelnen Arbeitspakete entstanden diverse Prototypen, die für einen Einsatz in einem Entscheidungsunterstützungssystem weiterentwickelt werden können.
Publications
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- Layout optimization of container terminals using mathematical programming and simulation. The 11th International Workshop on Harbour, Maritime & Multimodal Logistics Modeling & Simulation, Campora S. Giovanni, 17.-19. September 2008
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(See online at https://dx.doi.org/10.1109/IEEM.2009.5373223) - Planning Block Widths for Storage Yards of Container Terminals with Parallel Blocks. The 2009 IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management, IEEM 2009, Hong Kong, 8.- 11. Dezember 2009
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- Simulation based evaluation of container terminal yard layouts. 24th European Conference on Operational Research, EURO 2010, Lisbon, 11.-14. Juli 2010
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